Étude de la stabilisation de l'ébullition convective par matrice de picots macroscopiques à l'aide de la thermométrie de luminophores bidimensionnelle

Les matrices de picots macroscopiques sont utilisées dans divers échangeurs monophasiques, notamment pour refroidir des aubes de turbine. Cette étude porte sur l'extension de leur emploi à des écoulements bouillants. En effet, le changement de phase du fluide caloporteur est un phénomène fortement endothermique, permettant de refroidir efficacement les surfaces chaudes d'un système donné. La thermométrie infrarouge n’est pas adaptée à une géométrie aussi complexe. C’est pourquoi la thermométrie de luminophores est développée de manière originale comme alternative adaptée au système étudié. Cette technique optique permet de mesurer directement des champs de température surfaciques d’une géométrie complexe au travers de l'écoulement bouillant instationnaire. Les résultats obtenus dans un canal refroidi par eau montrent que le rôle des picots dans l’intensification de l'échange de chaleur est distinct du cas monophasique. Dans le cas diphasique, l'amélioration du coefficient d'échange global, liée à la favorisation de l'évaporation en film liquide, est estimée à 25 %. D'une part, l'ébullition nucléée est limitée en faveur de l'évaporation d'un film liquide, plus efficace. D'autre part, la stabilité accrue du film permet de retarder la crise d'ébullition. Au total, le coefficient d'échange global maximum atteint pour la géométrie à picots est de 17.4 kW/(m2K), contre 12.6 kW/(m2K) en géométrie plane. Les champs de températures montrent la quasi-absence de départs de bulles en géométrie à picots. Des distributions de température de surchauffe sont obtenues et sont comparées entre géométries et régimes d'écoulement. Enfin, des gradients de température verticaux dans des picots sont mesurés dans différents régimes d'écoulement, du monophasique liquide à l'ébullition en film (vapeur). L'ensemble de ces résultats quantitatifs permet d'alimenter des modèles 0D ou 3D (CFD) d'échangeurs à changement de phase, à la fois pour des géométries planes et à matrices de picots.

Work In Progress