Rectification thermique d’une diode thermique conductive à base de dans des conditions transitoires de Dirichlet

Cagatay Haratoka1,⋆^{1,\star}, Karl Joulain1^{1}, Younès Ezzahri1^{1}
⋆^{\star} : cagatay.haratoka01@univ-poitiers.fr
1^{1} Université de Poitiers
Mots clés : Rectification thermique, diode thermique, matériaux à changement de phase (MCP), dioxyde de vanadium, conductivité thermique, chaleur spécifique.
Résumé :

Les composants thermiques, qui ont des caractéristiques similaires à celles des composants électroniques tels que la diode, le transistor et le memristor, ont suscité un intérêt considérable au cours des années précédentes. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur l‘élément principal du contrôle thermique, qui est la diode thermique, et avons considéré son fonctionnement dans le régime du transfert de chaleur par conduction. La diode thermique est un système à deux bornes qui rectifie le flux de chaleur en fonction du sens du gradient de température entre les bords de l’ensemble des deux bornes. La rectification thermique est un phénomène qui s’observe lorsque le flux de chaleur dépend du sens du gradient de température appliqué. Le dioxyde de vanadium (), qui est l’un des matériaux à changement de phase (MCP) les plus connus, constitue un candidat idéal pour manipuler le flux conductif de la chaleur et au sein duquel une rectification thermique peut se produire. Le se présente sous la forme de deux structures cristallines ; monoclinique et tétragonale-rutile dans les températures inférieures et supérieures à la température critique de transition, Tc = 68∘^{\circ}C, respectivement. La phase métallique entraîne une conductivité thermique élevée pour les températures supérieures à Tc, tandis que la phase diélectrique entraîne une faible conductivité thermique pour les températures inférieures à Tc. Dans la littérature, les études disponibles se sont concentrées sur l’exploration de la rectification thermique conductive dans des conditions stationnaires. Il existe des études détaillées sur les diodes thermiques basées sur un seul MCP associé à un matériau sans changement de phase ou une combinaison de deux MCP dans des conditions stationnaires. Néanmoins, peu d’efforts ont été consacrés à l’étude de la rectification thermique par conduction dans des conditions transitoires. Cette dernière doit être bien comprise afin d’être capable d’utiliser les composants thermiques d’une manière pratique et efficace. Herrera et al. (2017) ont publié la première étude traitant une diode thermique dans des conditions transitoires et ont obtenu un facteur de rectification plus élevé dans ces conditions. Cependant, nous n’avons pas rencontré un travail sur les diodes thermiques conductives tout en considérant les propriétés du dans tous ses aspects pour des conditions transitoires. Par conséquent, l’objectif ainsi que la nouveauté de ce travail est d’étudier une diode thermique conductive basée sur un seul MCP, pour des conditions transitoires. La diode thermique est composée du et du et nous considérons que des conditions aux bords de Dirichlet sont appliquées. La conductivité thermique et la chaleur spécifique du dépendent fortement de la température, particulièrement au voisinage de Tc. En revanche, la conductivité thermique et la chaleur spécifique du sont constantes. La rectification thermique de la diode est étudiée en détail en changeant différents paramètres intrinsèques et extrinsèques. Nous avons constaté que le facteur de rectification thermique peut atteindre des valeurs très élevées dans les premiers moments du processus transitoire avant d’atteindre les conditions stationnaires. Ainsi, nous pouvons affirmer qu’il est très prometteur d’étudier les composants thermiques dans des conditions transitoires.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-041

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