Intégrer les transferts radiatifs dans un modèle nodèle nodale représentatif d’un toron de fils automobile

Julien Petitgirard1,⋆^{1,\star}, Philippe Baucour1^{1}, Didier Chamagne1^{1}, Eric Fouillien2^{2}, Jean-Christophe Delmare2^{2}
⋆^{\star} : julien.petitgirard@femto-st.fr
1^{1} FEMTO-ST Institute, Univ. Bourgogne Franche-Comté, CNRS Parc technologique, 2 avenue Jean Moulin - 90000 Belfort, France
2^{2} Stellantis, Centre Technique de Vélizy A, Route de Gisy - 78140 Vélizy-Villacoublay
Mots clés : faisceau électrique, toron de fil, échauffement, dispositions aléatoires, rayonnement, conduction, facteur de forme
Résumé :

Les faisceaux électriques dans les moyens de transport doivent répondre à de plus en plus d’exigences et de contraintes telles que l’augmentation du nombre de fils liée à la complexité croissante des systèmes embarqués, la diversité importante compte tenu des différentes configurations proposées aux clients, la variabilité de l’environnement thermique, la réduction de l’espace disponible pour le cheminement.

En vue de dimensionner les faisceaux de manière optimale (en termes de qualité, de coût et de sûreté de fonctionnement), il est important de comprendre le comportement thermique interne au toron. Le processus de fabrication des faisceaux étant principalement manuel, il induit une variabilité conséquente dans la position des fils au sein des torons. De plus, la présence de fils dits de "communication" très peu alimentés peut servir de dissipateur thermique tandis que la présence de fils dits de "puissance" favorise l’échauffement thermique.

Pour faire suite à des comparatifs de résultats présentés sur un modèle de toron automobile [DOI:https://doi.org/10.25855/SFT2020-082] qui étaient modélisés par une méthode nodale comprenant uniquement les transferts conductifs et convectifs, nous proposons de décrire une démarche pour mettre en place les phénomènes radiatifs. En effet, après l’estimation des niveaux de température dans un toron, nous avons déterminé que les transferts de chaleur par rayonnement sont du même ordre de grandeur que les transferts de chaleur conductif et convectif.

Pour ce faire, nous avons développé un modèle 2D, en régime permanent, exclusivement conductif, l’air étant considéré immobile car piégé par les fils, et ce même modèle avec l’ajout des phénomènes de transfert radiatif. Cette étude décrit l’adaptation du réseau nodal pour intégrer le rayonnement, ainsi que la détermination des conductances radiatives. Les conductances radiatives sont calculées à partir de facteur de vue. Nous proposons une méthode de calcul des facteurs de vue adaptée à toutes dispositions aléatoires de géométries circulaires dans un fluide transparent. C’est-à-dire que par sa construction, les conductances thermiques sont fournies automatiquement, et ce, quelle que soit la disposition des fils au sein d’un toron.

Pour conclure, nous montrerons des comparaisons entre le modèle nodal avec et sans rayonnement, mais aussi une comparaison à des calculs par volumes finis. Cette approche permet de visualiser nettement l’importance d’intégrer le rayonnement.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-092

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