Dissertations / Theses: 'Caloducs'

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Weiss, Laurent. "Caloducs souples et confort thermique : Conception, réalisation, validation." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP1007.

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Abstract:

Parmi les différents systèmes de transfert d'énergie, les caloducs sont considérés les plus efficaces car ils se distinguent par leur efficacité de transfert sous un faible gradient de température. Ils présentent d'autres avantages tels que la compacité, l'absence d'entretien et une conductance thermique élevée. Les qualités des caloducs ont été utilisées pour la maîtrise de température et l'évacuation de chaleur dans des dispositifs sensibles tels que les satellites ou les microprocesseurs. D'autres applications des caloducs n'étaient pas possibles jusqu'à maintenant car certains systèmes énergétiques présentent un cahier des charges strict: souplesse des composants, légèreté, coûts. Le confort thermique est un domaine où le potentiel d'utilisation des caloducs est très élevé. Ce mémoire présente la conception de caloducs souples à eau et deux applications liées au confort thermique. Deux brevets ARMINES, déposés en 1995 et en 1998, sont à l'origine de ces travaux. Un programme informatique, nommé CALCUL, a été développé. Deux bancs d'essais ont été réalisés, un pour la qualification des chaussures équipées de caloducs et un autre pour le rafraîchissement de l'habitacle automobile. Un démonstrateur a également été conçu au Centre d'Energétique pour une étude systématique de la maîtrise de température de paroi par panneau caloduc dans un habitacle automobile.

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Sonan, Ocho Raymond. "Modélisation du comportement thermique transitoire d’un caloduc : application au refroidissement de l’électronique associée à un alterno-démarreur." Valenciennes, 2009. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/b1693823-a204-4967-80c9-6408fde88c58.

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Abstract:

Ce travail étudie le refroidissement de composants électroniques d’un alterno-démarreur par caloduc en vue d’améliorer leur refroidissement. Il s’agit de prévoir et évaluer les performances d’un caloduc utilisé pour refroidir les composants électroniques. Cette étude est menée suivant deux axes : modélisation et expérimentation. La première étape consiste en l’élaboration de six modèles servant à analyser les performances du caloduc. Le premier modèle dit « modèle de dimensionnement » sert au dimensionnement du caloduc et à établir des critères d’intégration du caloduc. Le deuxième modèle dit « modèle zéro dimension » (0D) permet de déterminer la réponse transitoire du caloduc soumis à la charge thermique du composant électrique de l’alterno-démarreur. Le troisième modèle dit « modèle thermique 2D transitoire » simule le comportement thermique et les performances locales du caloduc ; à travers le bilan des transferts thermiques et massiques de l’enveloppe du caloduc. Le quatrième modèle dit « modèle thermohydrodynamique transitoire » a été développé et adapté pour la simulation des spreaders (diffuseurs thermiques). Afin d’intégrer les complexes mécanismes de transferts thermiques et massiques à l’interface liquide-vapeur phénomènes, un modèle de microscopique de l’interface a été développé. Ce modèle est dut « modèle d’évaporation de la microrégion ». La phase expérimentale consiste en la conception et la réalisation d’un banc d’essai expérimental. Les tests expérimentaux sont menés en vue de disposer d’une base de données expérimentales viable pouvant servir à la validation des modèles élaborés
This work is aimed to study the transient performances of heat pipe used to cool electronics components of stator-alternator. The study consists of two stages: modelling and experimentation. The first stage consists in developing multiple scale modelling used to analyse heat pipe’s performances. The first model, denoted “helps-design model” is developed for manufacturing and designing procedures of heat pipe. The second model “0D”, is based on a lumped analysis of a heat pipe subjected to the heat flux released by the electronic components. The second model is a “2T” model taking into accounts both the evaporator and condenser temperatures. The third model is a transient 2D thermal model of conductive effects in the wall and the wick of the heat pipe and the forth one is a transient 3D model coupled to a 2D hydrodynamic model were the flow in both wick and vapour core are computed. An interesting comparison of the results performed with these models lets know the more adapted model in the process of flat heat pipe design for electronic components thermal management. In order to account for the microscopic mechanisms of heat and mass transfers, a microscopic model of the liquid-vapour interface is developed. The second stage is devoted to the experimental study. It consists of designing and manufacturing an experimental set-up. Improved experimental investigations are being performed in order to provide a validation of the present model

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Sosoi, Gavril. "Contribution to the study of a heat pipe system to improve the energy performance of buildings." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0335.

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Abstract:

L'efficacité énergétique dans le bâtiment est un défi permanent pour les chercheurs qui doivent proposer de nouvelles solutions pour réduire la consommation énergétique. Les nouvelles technologies proposées et développées pour la performance énergétique dans le bâtiment doivent tenir compte de deux critères : un faible coût de production et une fabrication qui respecte l’environnement. L’objectif de cette thèse est de proposer un système passif et respectueux de l’environnement pour le chauffage du bâtiment. Ce système, utilisant l’énergie solaire, devrait améliorer la performance énergétique et contribuer ainsi à la réduction de la consommation des énergies conventionnelles pour le chauffage des habitations. L’état de l’art a permis d’inventorier d’une manière non exhaustive les systèmes passifs destinés pour le refroidissement ou le chauffage des bâtiments affectés par le rayonnement solaire et aussi de décrire leur fonctionnement. Ces systèmes sont destinés à réduire la consommation d’énergie nécessaire au refroidissement ou au chauffage de l’air à l’intérieur des habitations. Le dispositif passif que nous proposons, sera équipé de caloducs pour permettre un transfert thermique efficace. Ainsi, la troisième partie de la thèse sera consacrée à l’étude des caloducs. En conclusion, le modèle proposé pour le chauffage des bâtiments semble être efficace et pourrait constituer une bonne solution pour les systèmes passifs écologiques dans le bâtiment
Energy efficiency in buildings is a constant challenge for researchers who must come up with new solutions to reduce energy consumption. The new technologies proposed and developed for energy performance in the building must take into account two criteria: a low cost of production and an environmentally friendly manufacturing. The aim of this thesis is to propose a passive and environmentally friendly system for heating the building. This system, using solar energy, should improve energy performance and thus contribute to the reduction of conventional energy consumption for home heating. The passive device we propose, will be equipped with heat pipes to allow efficient heat transfer. Thus, the third part of the thesis will be dedicated to the study of heat pipes. The state of the art exploits the methods proposed by the literature to increase the energy performance of buildings, the first part of the thesis is dedicated to the analysis of passive systems used to reduce energy consumption as well as systems using green concrete as building material. This state of the art makes it possible to inventory and to describe, in a non-exhaustive way, the passive systems intended for the cooling or the heating of the buildings affected by the solar radiation. These systems are intended to reduce the energy consumption required for cooling or heating the air inside homes. In conclusion, the proposed “passive module“ for building heating seems to be effective and could be a good solution for passive ecological systems in the building

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Tardy, François. "Système de refroidissement par stockage thermique à l'aide de caloducs." Mémoire, École de technologie supérieure, 2005. http://espace.etsmtl.ca/336/1/TARDY_Fran%C3%A7ois.pdf.

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Abstract:

L'usage du stockage thermique pour diminuer des charges de refroidissement devient de plus en plus commun à travers le monde. Souvent, de l'eau est gelée et de la chaleur latente est accumulée dans des réservoirs, et une saumure ou de l'eau de fonte sont circulés pour les décharger. La possibilité d'utiliser un autre moyen de décharger le réservoir est discutée. La saumure est abandonnée et remplacée par des caloducs. Un modèle théorique et un montage expérimental ont été développés par l'auteur. Trente-deux caloducs d'un diamètre de ¼ pouces ont été positionnés dans un réservoir de 80 litres et dans un courant d'air chaud. Le réservoir a été rempli de glace et de neige, ainsi qu'un mélange de chlorure de potassium. Lors des expériences menées sur la géométrie spécifique du montage, la quantité de chaleur transportée a varié entre 0,2 et 1,2 kW, dépendant de la différence de température et du temps écoulé depuis le début de l'expérience.

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Tardy, François. "Système de refroidissement par stockage thermique à l'aide de caloducs /." Montréal : École de technologie supérieure, 2005. http://wwwlib.umi.com/cr/etsmtl/fullcit?pMR03058.

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Abstract:

Thèse (M. Ing.)--École de technologie supérieure, Montréal, 2005.
"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [204]-206. Également disponible en version électronique.

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Lai, Aymeric. "Conception et réalisation de caloducs silicium pour les applications spatiales." Grenoble INPG, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170346.

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Abstract:

Dans un contexte d'intégration toujours plus poussée et d'augmentation des domaines de fonctionnement des systèmes électroniques à bord des satellites, la conception de systèmes de refroidissement compacts et performants permettant la gestion de puissance de densités de plusieurs W/cm^2 est nécessaire. Ce travail de thèse effectué au laboratoire d'électrotechnique de Grenoble (LEG) et utilisant l'expertise technologique du CEA-LETI se propose d'étudier l'emploi de systèmes à changement de phase en silicium, utilisant l'eau comme fluide, pour le refroidissement de l'électronique embarquée selon un cahier des charges défini par le CNES. S'appuyant sur les techniques de la microélectronique (notamment celles de la gravure profonde), les avantages intrinsèques du silicium pour l'application spatiale (faible masse volumique, bonnes propriétés mécaniques, compatibilité avec l'environnement électronique) et une première expérience de réalisation de systèmes diphasiques, le dimensionnement hydrauliques, mécanique et thermique de répartiteurs de chaleur carrés S cm x Scm de compacité réduite (1 mm) capables de fonctionner en microgravité et la réalisation de démonstrateurs ont été effectués. La caractérisation des performances thermiques et hydrauliques de ces derniers permettent de prévoir à terme la dissipation de densités de puissance au delà de 76 W/cm^2 avec une conductivité équivalente de 800 W/(m. K) selon le domaine de fonctionnement en température considéré. Une réflexion sur la problématique de l'injection du fluide dans la structure et son confinement hermétique dans le dispositif a également été menée et a donné lieu a une proposition de solution originale et brevetée
Ln a context of further integration and increase of operationnal working domains of electronic systems aboard satellites, the conception of effective and compact cooling systems for the thermal management of power densities of several decades of W/cm^2 is necessary. This Phd work which took place at the "Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble" (LEG) and used the technological knowledges of the CEA LETI focuses on the study of silicon phase-change systems using water as the working fluid for the on board cooling of electronics considering specifications provided by the CNES. Using microelectronic techniques (especially deep etching techniques), specifie advantages of silicon for space applications (Iow mass, good mechanical behaviour, compatibility with electronics) and a first experience of the realization of phase change systems, hydraulical mechanical and thermal design of S cm square spreaders with reduced compacity (1 mm) able for microgravity working and the realization of prototypes were dealt. Thermal and hydraulical performances characterization of the latter allow to forecast dissipation of power densities up to 76 W/cm^2 with an equivalent thermal conductivity of 800 W/(m. K) according to the working temperature domain considered. Moreover, a study of the issue of the filiing of the structure and hermetic confinment of the fluid was dealt and an innovative patented solution was proposed

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Bonnenfant, Jean-François. "Analyse expérimentale et modélisation de caloducs oscillants en contexte aéronautique." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013ESMA0013/document.

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Abstract:

L’augmentation permanente des densités de flux de chaleur mises en jeu, en contexte aéronautique notamment, et l’évacuation de celles-ci, constitue actuellement une problématique majeure pour les industriels du secteur. Les solutions de refroidissement utilisées jusqu’à aujourd’hui ne suffisent plus à assurer la tenue thermique de ces systèmes, nécessitant l’apport de nouveaux moyens. A ce titre, parmi les solutions existantes, le caloduc oscillant suscite un intérêt croissant de part ses nombreux avantages, comparé aux systèmes diphasiques classiques. C’est pourquoi le projet Optimal, dans lequel s’inscrivent ces travaux de thèse, se propose d’employer cette technologie dans le but d’optimiser le refroidissement de nouvelles turbomachines électriques. Le principe de fonctionnement du caloduc oscillant, simple au demeurant, recèle néanmoins des aspects encore peu maîtrisés. Cette thèse a donc pour objectif, d’une part, d’évaluer les performances d’un tel système dans ce contexte industriel et, d’autre part, d’apporter de nouveaux éléments visant à accroître la compréhension de son fonctionnement, par des moyens expérimentaux mais également numériques.Pour se faire, l’étude expérimentale réalisée au cours de ce projet a consisté au développement d’un prototype, à partir duquel des campagnes d’essais ont été effectuées. Ces essais ont permis de caractériser les performances du système au travers d’investigations paramétriques (fluide de travail, taux de remplissage, inclinaison, puissance injectée, température de source froide, boucle ouverte ou fermée). Il a ainsi pu être observé une amélioration évidente des performances plus spécifiquement sous certaines conditions opératoires, mais également des comportements particuliers liés au fonctionnement de ce système. A cette approche expérimentale s’ajoute une étude théorique basée sur le développement d’un modèle numérique. Face à la complexité des mécanismes thermo-physiques régissant le fonctionnement du caloduc oscillant, ce modèle s’intéresse à un système simplifié, caractérisé par le déplacement d’un système bulle de vapeur, bouchon liquide, dans lequel un film liquide déposé en aval est soumis à une évaporation. Le but ultime étant à terme de décrire précisément la dynamique de ce film liquide, ce modèle a conduit dans le cadre de cette thèse à mettre en évidence l’ensemble des phénomènes physiques associés à l’évaporation en film dans un tube capillaire, et d’établir une cartographie des domaines d’utilisation de ce modèle selon les hypothèses considérées, pour une utilisation ultérieure liée à l’identification expérimentale des paramètres de ce film
The continuous increase of heat flux densities involved in aeronautic context, and their evacuation, represent a major issue nowadays. The solutions used until now are no longer sufficient to ensure the thermal maintenance of these systems, requiring new technologies. Among them, the pulsating heat pipe induces a growing interest. Thus, the French FUI project Optimal suggests employing this technology in order to optimize the cooling of new electric turbomachines. The work led in this PhD aims to evaluate the performances of such a system in this context, by experimental and numerical means.The experimental study which has been conducted consisted in the development of a prototype, starting from which experiments have been led. These tests allowed characterizing the thermal performances of the system through parametric investigations. Thereby, it has been observed an obvious improvement of these performances under some operating conditions, but also several particular behaviors. In addition to that approach, one adds a theoretical study based on the development of a numerical model. Given the complexity of the mechanisms governing the pulsating heat pipe’s operation, this model focuses on a simplified system, characterized by the motion of vapor bubble-liquid slug structure, in which a liquid film, deposited downstream, is subjected to evaporation. This model has conducted to highlight the physical phenomena associated to the thin film evaporation in a capillary tube, and to establish a cartography of its applicability fields, according to the considered assumptions

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Kamenova, Lora. "Modélisation thermo-hydraulique de caloducs miniatures plats à faible épaisseur pour des applications électroniques." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0186.

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Abstract:

Parmi les solutions de refroidissement des composants électroniques, les caloducs miniatures permettent de transférer la chaleur passivement, en utilisant le principe de changement de phase d'un fluide caloporteur. Cette thèse est consacrée à l'étude des caloducs de forme plate, composés d'un réseau capillaire à poudre frittée et utilisés comme fonctions thermiques dans des substrats électroniques à haute densité. Grâce au couplage de nos modèles thermiques et hydrauliques, nous avons pu prédire les performances de ces dispositifs en terme de puissance maximale dissipable et de température. Les tests expérimentaux réalisés sur différents prototypes nous ont montré que ce type de caloducs était capable de diminuer la température des composants électroniques de plusieurs dizaines de °C. Les modèles développés ont été validés par les résultats de tests expérimentaux, avec un écart moyen de 20%. L'ensemble de ces travaux, nous a permis de mettre au point la technologie innovante DBC pour la fabrication des caloducs fins
A miniature heat pipe is a passive heat transfer mechanism that can transport large quantities of heat with a very small difference in temperature between the hottest and coldest interfaces in electronics. The objective of this thesis is to study the performances of flat heat pipes with sintered powder capillary wick, employed as thermal functions in high density electronics. Thanks to the coupling of our thermal and hydraulic models, we were able to predict the heat pipe performances in terms of maximum heat power and temperature distribution. The experiments demonstrated that the heat pipes are able to decrease the electronics temperature with several tens of °C. The tests results were in very good conformity to our models, with an average gap of 20% only. The innovative technology DBC for fabricating thin copper heat pipes was also developed in his work

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Forges, Pierre. "Contribution à l'optimisation des transferts énergétiques dans les machines thermiques : application aux réacteurs solide-gaz." Perpignan, 1995. http://www.theses.fr/1995PERP0255.

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Abstract:

Le systeme physique etudie dans ce memoire est le reacteur d'une pompe a chaleur chimique solide-gaz. Il contient un solide poreux reactif capable de facon chimiquement reversible, d'absorber ou de desorber un gaz, accompagne respectivement d'une liberation ou d'une consommation de chaleur. Des caloducs gravitationnels inseres dans le milieu reactif, assurent les echanges thermiques. Toutes les caracteristiques physico-chimiques du milieu reactionnel ont ete determinees par des travaux anterieurs d'optimisation menes dans notre laboratoire. L'echange entre le reacteur et les caloducs, de l'energie thermique qui est produite ou consommee par la reaction chimique reversible, depend alors uniquement de leur localisation dans la matiere reactive. Le probleme d'optimisation que l'on se pose, est de chercher le ou les eventuel(s) emplacement(s) dans le reacteur, qui puisse(nt) permettre a ces caloducs de maximiser l'energie thermique d'origine chimique precedemment citee. Trois approches numeriques, les deux premieres quantitatives, a savoir, la methode des elements finis et la decomposition de galerkin, la derniere exploitant l'idee de base de la theorie hyperbolique de la conduction de la chaleur, permettent d'arriver sensiblement aux memes resultats d'optimisation

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Roudnitzky, Stéphane. "Etude et validation d'une solution thermique pour réduire la surconsommation à froid d'un moteur thermique automobile : carter avec isolation interne équipé de caloducs à conductance variable." Valenciennes, 2010. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/84b3ed80-36b5-429f-a869-0d38f7165d4a.

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Abstract:

Un moteur consomme sensiblement plus à froid qu'à chaud, principalement à cause de l'augmentation de ses frottements internes, conséquence de la très grande viscosité de l'huile froide, et d'une combustion dégradée. Le respect des normes anti-pollution imposera de plus en plus de limiter cette surconsommation à froid. A partir de recherches bibliographiques et de simulations numériques sous le modèle thermo-hydraulique Thermot, la solution technologique retenue pour être étudiée dans cette thèse est le carter d'huile isolé équipé de caloducs à conductance variable. L'isolation interne du carter d'huile du moteur accélère la montée en température de l'huile en limitant les pertes thermiques, abaissant ainsi plus rapidement les frottements internes importants à froid, et par conséquent la surconsommation. Mais l'huile ne doit pas subir de surchauffe lorsque le moteur fonctionne à chaud à forte charge. D'où le recours aux caloducs à conductance variable, pour la refroidir dans la zone du carter à partir d'un certain niveau de température, afin de remplacer le refroidissement par les parois du carter devenu inefficace par l'isolation. Les caloducs, par leur faible inertie thermique, n'annihileront pas l'effet de l'isolation interne du carter. Les essais sur véhicule ont démontré que l'isolation interne permettait de limiter la surconsommation à froid, et ainsi d'abaisser la consommation à faible charge lorsque la température extérieure est froide. Les essais en laboratoire ont démontré que le caloduc à conductance variable était compatible pour refroidir à chaud l'huile du carter en dépit des vibrations et accélérations qu'il subirait en fonctionnement dans un véhicule. Cette thèse conclut par 2 configurations possibles pour abaisser la surconsommation à froid : un carter avec isolation interne équipé de 2 caloducs à conductance variable légèrement inclinés par rapport à l'horizontale et disposés à contre-sens, ou un carter avec isolation interne avec une adaptation du modine (échangeur huile-eau)
An engine consumes substantially more cold than hot, because of the internal friction increased in the high viscosity of cold oil, and bad burning. Compliance with anti-pollution standards will require more and more to limit the overconsumption cold. From literature research and numerical simulations under the thermo-hydraulic model Thermot, the technological solution chosen to be studied in this thesis is the oil sump isolated and equipped with variable conductance heat pipes. The internal insulation of the engine's oil pan accelerates oil temperature's rise in reducing heat loss, thus the internal friction, and hence overconsumption. But oil needs to be not overheated when the engine runs hot at high load. That's why variable conductance heat pipes are used to cool oil from a certain temperature level in the area of the oil pan, in order to replace the cooling by the walls which becomes inefficient because of insulation. The low thermal inertia of the heat pipes won't annihilate the effect of the oil pan's internal insulation. The vehicle tests have shown that the internal insulation allows limiting overconsumption after a cold start, and furthermore allows to lower consumption at low load when the outside temperature is cold. Laboratory tests have shown that the variable conductance heat pipe was compatible to cool the hot oil in the pan despite vibrations and accelerations that it would undergo when operating in a vehicle. This thesis concludes by two possible configurations to reduce overconsumption when cold: an oil pan with internal insulation fitted with two variable conductance heat pipes slightly inclined to the horizontal and put in the opposite direction, or an oil pan with internal insulation coupled with an adaptation of the modine (oil-water heat exchanger)

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Pandraud, Guillaume Lallemand Monique Le Berre Martine. "Etude expérimentale et théorique de microcaloducs en technologie silicium." Villeurbanne : Doc'INSA, 2006. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=pandraud.

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Lataoui, Zied Petit Daniel Bertin Yves Jemni Abdelmajid. "Contribution à l'étude des transferts thermiques au sein des caloducs rainurés identification de la position du front d'assèchement /." Poitiers : I-Médias, 2008. http://08.edel.univ-poitiers.fr/theses/index.php?id=2490.

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Lips, Stéphane. "Analyse phénoménologique du fonctionnement de diffuseurs thermiques diphasiques ( caloducs plats ) par voies expérimentale et numérique." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0093/these.pdf.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'étude phénoménologique de diffuseurs thermiques diphasiques (DTD). Les DTD, aussi appelés caloducs plats, sont des systèmes passifs permettant de transférer une grande quantité de chaleur avec un faible gradient de température grâce au transfert avec changement de phase et aux phénomènes de capillarité. Deux DTD en cuivre, dont les structures capillaires sont composées soit de rainures longitudinales, soit de rainures croisées, ont été étudiés. Les DTD sont hermétiquement fermés avec une plaque transparente permettant la visualisation des phénomènes à l'intérieur du système. Le profil de température sur la paroi est mesuré à l'aide de thermistances tandis que la forme de l'interface liquide-vapeur dans la structure capillaire est caractérisée grâce à un microscope confocal. Des observations par caméra rapide ont permis de montrer que l'ébullition nucléée apparaît à l'évaporateur pour des flux thermiques supérieurs à 3 W/cm². L'ébullition améliore les échanges thermiques et n'empêche pas le fonctionnement du système, contrairement à ce qui est annoncé dans la littérature. L'influence de la charge en liquide et de l'épaisseur de l'espace vapeur sur la limite capillaire du système a été étudiée expérimentalement et théoriquement dans le cas du DTD à rainures longitudinales. Une méthode expérimentale originale a été mise en œuvre pour déterminer la courbure de l'interface liquide-vapeur dans la structure capillaire à rainures croisées. Les résultats issus des études expérimentales des deux DTD ont été comparés à ceux issus de modèles numériques thermique et hydrodynamique précédemment développés au laboratoire
The present work is devoted to an investigation of the physical mechanisms involved in flat plate heat pipes (FPHP). FPHPs are passive devices able to transfer high heat fluxes with low temperature differences owing to phase change heat transfer and capillarity. Two FPHPs made of copper have been studied. Their capillary structures consist of longitudinal and crossed grooves respectively. The FPHPs are hermetically sealed with a transparent plate in order to visualize physical phenomena that occur inside. Wall temperature profiles are recorded with thermistors, while the shape of the liquid-vapor interface is characterised by means of a confocal microscope. Visualizations by high speed camera show that nucleate boiling occurs in the evaporator for heat fluxes greater than 3 W/cm². Boiling improves heat transfer in the system and does not prevent the FPHP operation, contrarily to what is usually assumed in the literature. The impact of the filling ratio and of the vapor space thickness on the performance of the system has been experimentally and theoretically studied for the FPHP with longitudinal grooves. An original experimental method has been developed in order to determine the curvature of the liquid-vapour interface in the capillary structure made of crossed grooves. Experimental results have been compared to the results of thermal and hydrodynamic models, previously developed in the laboratory

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Rullière, Romuald. "Etudes expérimentale et théorique de diffuseurs thermiques diphasiques : application au refroidissement de systèmes dissipatifs." Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0114/these.pdf.

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Abstract:

Le présent travail concerne les études expérimentale et théorique de diffuseurs thermiques diphasiques (DTD). Les DTD sont des systèmes de refroidissement efficaces (par changement de phase), qui permettent de transférer de la chaleur avec un faible gradient de températures. L'application visée concerne le refroidissement des piles à combustible ; il s'agit de réduire le volume du système de refroidissement et d'homogénéiser la température du coeur de la pile. Les résultats expérimentaux concernent un DTD en cuivre de surface importante par rapport au condenseur. En position verticale (mode de thermosiphon diphasique), les résultats obtenus pour le DTD chargé en méthanol montrent une différence de températures le long de l'évaporateur de 1,6 K pour une densité de flux imposée de 0,5 W cm-2 (85,5 W) alors qu'elle atteint environ 55 K pour le DTD vide. Ces résultats répondent aux objectifs de l'application des piles à combustible. Le DTD a été testé en position horizontale afin de déterminer ses performances lorsque la capillarité devient le moteur de l'écoulement. Des limites capillaires de 0,9 W cm-2 et 1,7 W cm-2 ont été déterminées expérimentalement respectivement pour le méthanol et l'eau. Pour le DTD chargé en méthanol, un microscope confocal a permis de mesurer le rayon de courbure de l'interface liquide-vapeur depuis l'évaporateur jusqu'au condenseur. Un modèle hydrodynamique, basé sur les équations de bilans et l'équations de bilans et l'équation de Laplace-Young, a été couplé à un modèle thermique du DTD. Ces modèles permettent de déterminer les évolutions du rayon de courbure de l'interface, des vitesses et des pressions du liquide et de la vapeur et le champ de températures le long du DTD pour une puissance thermique imposée. Les rayons de courbure et les températures mesurés sont en bon accord avec les résultats du modèle. Le modèle validé a permis de déterminer les dimensions optimales du DTD permettant d'obtenir une puissance maximale transférable importante avec une faible résistance thermique
This present PhD is devoted to experimental and theoretical studies of two-phase heat spreaders (TPHSs). TPHSs are very efficient cooling systems (using phase-change phenomena) that are able to transfer heat fluxes with small temperature gradients. The proposed application is the cooling of fuel cell systems. These TPHSs aim at reducing the volume of actual cooling systems and to homogenize the temperature in the hearth of fuel cells. The experimental study concerns a copper TPHS of dimensions 230  90 mm2 with longitudinal micro-grooves. This TPHS is flat with a wide evaporating area compared to the condenser area. Experimental results obtained with methanol in vertical favourable orientation (thermosyphon orientation) show a temperature difference lower than 1. 6 K on the entire evaporator area for an evaporator heat flux equal to 0. 5 W cm-2 (85. 5 W) while it reaches approximately 55 K for the empty TPHS. The TPHS thermal performances are promising for the cooling of fuel cell systems. Thermal tests in horizontal orientation were conducted to determine the behaviour of the TPHS, when the liquid motion is due to capillary forces rather than to volume forces. The TPHS capillary limit is for a heat flux equal to 0. 9 W cm-2 and 1. 7 W cm-2 for methanol and water, respectively. A confocal microscope is used to measure the meniscus curvature radius along the grooves from the heat source to the heat sink when the working fluid is methanol. A two-phase flow model, based on the balance equations and the Young-Laplace law, is coupled to a thermal model. These models allow the calculation of the liquid and vapour velocities and pressures, the meniscus curvature radius in the grooves and the temperature field all along the TPHS for a given heat flux. Experimental measurements of the meniscus radius and the temperature field show a good agreement with models results. These models are used to determine the optimal dimensions of the TPHS

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Avenas, Yvan. "Etude et réalisation de caloducs plats miniatures pour l'intégration en électronique de puissance." Phd thesis, Grenoble INPG, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00473217.

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Abstract:

L'augmentation des pertes thermiques générées dans les composants semiconducteurs a amené le LEG à travailler sur l'intégration de refroidisseurs dans les systèmes de puissance. L'apport des caloducs miniatures plats dans ce domaine permet d'assurer une extraction thermique des énergies dissipées et de réduire les densités de flux thermique. Dans un premier temps, des modélisations thermique et hydraulique ont été conduites pour concevoir et réaliser des prototypes métalliques. Des bancs expérimentaux ont été réalisés pour les caractériser. Deux types de réseau capillaire ont été étudiés. Le premier est constitué de rainures axiales trapézoïdales et le second d'un dépôt de poudres frittées. Enfin, la seconde partie de ces travaux s'est orientée sur l'utilisation du silicium comme matériau support. L'ensemble des études conduites montre l'apport des nouvelles technologies pour concevoir des drains thermiques et des répartiteurs uni et bidimensionnels intégrés dans les substrats de puissance.

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Hoa, Christine. "Thermique des caloducs à rainures axiales : études et réalisations pour des applications spatiales." Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2259.

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Abstract:

Le caloduc Al/NH3 à rainures axiales est un élément principal du contrôle thermique passif des satellites de télécommunication. L'optimisation des capacités de transport et de la masse des profilés devient enjeu considérable nécessitant une connaissance affinée des phénomènes de transfert de chaleur dans les rainures capillaires. La réalisation d'un banc expérimental de grande précision a permis d'accéder à une caractérisation complète en température de plusieurs profilés et d'en analyser finement les performances. Les travaux de modélisation à plusieurs échelles ont conduit à prendre en compte des phénomènes de plus en plus nombreux afin de tenter de corréler les mesures expérimentales: un modèle thermique 2-D de rainure avec les interactions moléculaires à l'interface liquide-vapeur, un modèle thermique 3-D de la zone évaporateur avec la recherche du front d'assèchement des rainures par les méthodes de thermique directe et inverse, un modèle 1-D d'écoulement hydrodynamique prenant en compte les interférences gravitaires liées aux tests au sol. La réflexion sur l'amélioration des performances thermiques des caloducs à partir des caractérisations numériques et expérimentales a permis de développer un concept novateur de rainures doubles laissant présager un gain théorique en capacité de transport de 30 % en 0g par rapport aux rainures axiales actuelles
Al/NH3 axially grooved heat pipes are major thermal control components of telecommunication satellites. Optimising both the performance and the mass is an important issue that drives the research of high performance heat pipes. This development requires a fine understanding of the physical phenomena involved in the heat and mass transfer in the capillary grooves. A high precision experimental bench has been set to obtain a complete thermal characterisation of several heat pipe profiles and to measure accurately their performances. In the modelling studies at different scales, numerous phenomena have been taken into account in order to match the measurements: a 2-D thermal model of one groove with the molecular interaction at the liquid/vapour interface, a 3-D thermal model of the evaporator zone to evaluate the dry out front of the liquid flow in the grooves thanks to direct and inverse thermal analysis, a 1-D hydrodynamic model to take into account the gravity effects during on ground condition. A new concept of double grooves for a high performance heat pipe has come out from the experimental and numerical analysis. The improvement has been theoretically estimated to 30% increase in heat transport capability in 0g compared to the performance of conventional axially grooved heat pipes

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Romestant, Cyril. "Etudes théoriques et expérimentales de caloducs et de thermosiphons soumis à de fortes accélérations." Phd thesis, Université de Poitiers, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130174.

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Abstract:

Une vision externe du caloduc permet de le considérer comme un système passif de transfert de chaleur assimilable à un matériaux de conductivité thermique 100 à 1000 fois plus importante que le cuivre. Les multiples applications sont évoquées au travers d'exemples. Leur principe de fonctionnement est basé sur l'exploitation du changement de phase liquide vapeur et la circulation d'un fluide à l'état de saturation. Ainsi, nous proposons une classification fine permettant de réduire, aux caloducs circulaires avec ou sans structure capillaire et soumis ou non à des forces de volume, notre analyse détaillée de la physique régissant le fonctionnement des caloducs.
Les différentes limites de fonctionnement sont abordées en détails à partir d'une étude bibliographique importante. Des hypothèses nouvelles sont avancées pour le calcul de la limite sonique.
Au travers d'une vaste étude bibliographique, nous abordons les notions de conductances thermiques dans la zone évaporateur et condenseur du caloduc, que ce soit pour les caloducs ayant une structure capillaire ou pour les thermosiphons à tube lisse. Cette observation minutieuse de la physique interne nous a conduit à examiner, à l'évaporateur, les échanges thermiques à travers des films liquides minces en introduisant la notion de pression de disjonction et de résistance d'évaporation.
D'autre part, un montage expérimental complexe et unique au monde à notre connaissance nous a permis de tester trois caloducs cuivre-méthanol sur une plage de température de [0, 100°C] pour des puissances jusqu'à 1400 W et soumis à des champs d'accélération de 1 à 9 g.
Si une partie des résultats expérimentaux obtenus est conforme à nos attentes, de nombreux comportements restent inexpliqués mais permettent d'orienter les recherches futures pour augmenter la prédictibilité des modèles ou des corrélations sur de vastes gammes d'évolution des paramètres (température, puissance, accélération, fluide, matériau, dimensions, structure capillaire, ...)

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Salim, Shirazy Mahmood Reza. "Caractérisation du transport fluidique et thermique dans les mousses métalliques capillaires en cuivre." Thèse, Université de Sherbrooke, 2013. http://hdl.handle.net/11143/6141.

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Abstract:

Thermal management of electronics has become a major challenge in manufacturing and production of high performance electronic chips. Constant rise of computation power requires higher amount of energy and subsequently this energy (in the form of heat) should be transferred out of the computer. Among other solutions, heat pipes are proposed as a means to transfer and eventually remove this excess heat. The main part of a typical heat pipe is the wick which provides a medium for transport of capillary driven flow and evaporation at the vapor-liquid interface. Different materials are proposed as wick for a heat pipe and among them, recently invented Bi-porous metal foams exhibit a very significant performance improve, i.e. high transport limit in comparison with competing materials. By a mainly experimental approach, capillary, wetting and evaporation properties of copper metal foams with different porosities have been investigated. An in depth surface characterization study is done on the foams to identify the role of surface wettability on the capillary performance. It is found for the first time that the hydrophilicity loss of the copper based porous materials when exposed to air is caused by the adsorption of volatile organic compounds and not by copper oxidation. It is also inferred that the reason for high transport limit of the foams compared with other materials is their unique microstructure which has two levels of porosity. This biporous microstructure provides paths for liquid transport with low pressure drop while the smaller pores provide for thin film evaporation and produce high capillary pressure. Permeability and effective pore radius, as two key parameters defining the pumping capacity, are measured experimentally by the rate of rise method. It is also found that the evaporation rate of a rising liquid in a porous material is lower compared with that of the same material while saturated with stationary liquid. This will allow ignoring natural evaporation in the rate of rise method and using simplified models to capture permeability and effective pore radius. The role of meniscus recession in capillary pumping and evaporation rate is characterized for the first time and a model is proposed to measure the effective pore radius of porous materials in operating conditions. It is shown that the effective pore radius can decrease up to 50% due to forced evaporation. In a more general perspective, through different experiments, it is shown that there is a coupling between capillarity and evaporation. This coupling is established through variation in meniscus shape which will affect both capillarity and evaporation. The findings of this thesis will shed light on the capillarity, evaporation and their interconnected nature in the capillary wicks in two phase thermal management devices.

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Neveu, Pierre. "Performances d'un pilote de pompe à chaleur chimique solide/gaz de 20/50 Kw : analyse des flux engendrés par la thermicité de telles réactions." Perpignan, 1990. http://www.theses.fr/1990PERP0082.

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Abstract:

Un modèle numérique du comportement dynamique d'une installation complète de pompe à chaleur chimique solide-gaz a conduit au dimensionnement et à la construction d'un prototype d'une puissance de plusieurs dizaines de kw. Les résultats expérimentaux obtenus sur ce prototype permettent de valider le modèle, et plus particulièrement d'identifier le coefficient d'échange thermique entre le mélange réactionnel et la paroi de l'échangeur. Le modèle ainsi valide est adapté au procède caloduc chimique n'impliquant que deux réacteurs solide/gaz, associes ou non à un compresseur. L'analyse thermodynamique des flux engendrés par la thermicité des réactions chimiques utilisées est effectuée, et conduit à la détermination de la température de l'interface réactionnelle. Un modèle simple de cinétique de réacteur, faisant apparaitre les zones de ralentissement observées expérimentalement est alors proposé

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Rolland, Xavier. "Modélisation de micro-diffuseurs diphasiques pour le refroidissement de composants électroniques compacts." Lyon, INSA, 2004. https://theses.insa-lyon.fr/publication/2004ISAL0083/these.pdf.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire concerne les modélisations hydrodynamique et thermique d’un micro-diffuseur thermique diphasique. Un modèle numérique a été réalisé pour étudier son comportement en fonction de différents paramètres. Les résultats de cette étude ont permis de comprendre son fonctionnement et d’en déduire une géométrie optimale et adaptée à son utilisation. La géométrie étudiée se compose d’un canal vapeur unique et d’une rangée de 62 rainures de section trapézoïdale. Le fluide utilisé est l’eau. La surface occupée par l’évaporateur est de 10*10 mm2 et celle du condensateur de 50*10 mm2. La limite capillaire atteinte pour cette géométrie est de 180 W. Les performances obtenues sont caractérisées par la résistance thermique du diffuseur entre l’évaporateur et le condensateur, égale à 0,2 K/W. Plusieurs types de diffuseurs thermiques diphasiques ont été intégrés dans un modèle complet de composant électronique compact. Les résultats ont permis de déterminer l’intérêt de l’utilisation de tels diffuseurs dans les systèmes de refroidissement de composants 3D en terme de performances thermiques. Le gain par rapport à des technologies plus classiques comme les ailettes métalliques est de l’ordre d’une dizaine de degrés
The work presented in this report relates to hydrodynamic and thermal modelling of a diphasic thermal micro heat spreader. A numerical model was developed to study its behaviour according to various parameters. The results of this study made it possible to understand its operation and to deduce an optimal geometry. The studied geometry is composed of a single vapour channel and an array of 62 grooves of trapezoidal section. The fluid used is water. The surface occupied by the evaporator is 10*10 mm2 and that of the condenser 50*10 mm2. The capillary limit reached for this geometry is 180 W. The performances obtained are characterised by the thermal resistance of the heat spreader between the evaporator and the condenser, equal to 0. 2 K/W. Several types of diphasic thermal heat spreaders were integrated in a complete model of compact electronic components. The results made it possible to determine the interest of the use of such heat spreaders in the cooling systems of compact components in term of thermal performances. The improvement compared to more traditional technologies as the metal fins is about ten degrees

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SULEIMAN, ALI. "Evaluation des performances de caloducs au fréon 11 intégrés dans les batteries spatiales LI/SOC12." Poitiers, 1992. http://www.theses.fr/1992POIT2296.

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Abstract:

Le but de ce memoire est de presenter un nouveau concept de refroidissement de batterie spatiale au lithium par integration du caloduc. Le rapport debute alors par la caracterisation de la generation de puissance calorifique au sein des couples electrochimiques li/socl2 en fonction des conditions de decharge et de son passe. Nous abordons ensuite une etude bibliographique portant sur les caloducs (principe de fonctionnement et limitations de transfert thermique) suivie par un developpement original d'une methode de calcul de la limite capillaire basee sur l'evolution du rayon du menisque a l'interface liquide vapeur. Trois types de caloducs ont ete concus, realises puis testes sur un banc de simulation des conditions thermiques en zero-g. A la suite de quoi il a ete possible d'etudier par voie de modelisation et experimentalement, grace a l'elaboration de nombreuses maquettes, l'impact sur le plan thermique de l'insertion de caloducs au sein meme des elements constituant la batterie

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Bensalem, Ahlem Bertin Yves Bonjour Jocelyn. "Contribution à l'analyse du comportement de caloducs oscillants à finalité spatiale par voies expérimentale et numérique." Poitiers : I-Medias, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/index.php?id=330.

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Bensalem, Ahlem. "Contribution à l'analyse du comportement de caloducs oscillants à finalité spatiale par voies expérimentale et numérique." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Bensalem-Ahlem/2008-Bensalem-Ahlem-These.pdf.

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Abstract:

Les systèmes spatiaux (satellite, sonde,. . . ) intègrent de plus en plus d’équipements dissipatifs d’énergie. Cette complexité, couplée à des contraintes imposées en terme de réduction des volumes et des masses embarqués à bord de ces engins engendre un besoin croissant de solutions de contrôle thermique précises, fiables et autonomes. Dans ce contexte contraignant, les systèmes diphasiques de type caloduc et boucles fluides à pompage capillaire semblent incontournables en raison des capacités de transport de chaleur importantes qu’ils peuvent procurer et également grâce à leur fonctionnement passif et fiable. Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la caractérisation du fonctionnement thermique d’un nouveau système de transport de chaleur diphasique passif : le caloduc oscillant. L’étude expérimentale menée a permis de caractériser les performances de deux prototypes de caloducs oscillants développés différant par la nature du fluide employé (eau et acétone) et par le diamètre du tube où circulent liquide et vapeur. Les effets induits par plusieurs paramètres complémentaires influents tels que le taux de remplissage, la puissance thermique ou l’angle d’inclinaison,. . . Sur le fonctionnement de ces deux dispositifs ont également été explorés. Les différentes campagnes d’essais ont révélé un fort potentiel de transfert de chaleur et un comportement beaucoup moins sensible aux forces de gravité qu’un caloduc conventionnel à pompage capillaire. A cette approche expérimentale s’ajoute une réflexion théorique destinée à modéliser le comportement thermohydraulique d’un volume élémentaire de fluide composé d’une seule bulle de vapeur et d’un seul bouchon de liquide, comportement engendré uniquement sous l’effet de sollicitations thermiques. Ce modèle a conduit en particulier à la mise en évidence de conditions favorables à l’apparition et l’entretien des oscillations du front liquide-vapeur
Spacecrafts (satellite, space probe,. . . ) are integrating more and more heat dissipative equipments. Such a complexity, combined with the imposed constraints concerning the reduction of volumes and masses on board these devices, leads to a growing need of accurate, reliable and passive thermal control solutions. In this constraining context, phase-change thermal management systems such as heat pipes or loop heat pipes seem inevitable because of their substantial heat transfer capabilities and of their passive operation. This thesis is devoted to characterise a new phase-change thermal management system operation : pulsating heat pipe. The experimental investigation which has been conducted allowed determining the performance of two pulsating heat pipe prototypes. These two systems have a different inner diameter and they have been tested using two distinct working fluids (water and acetone). The induced effects of several parameters such as the filling ratio, the heat input or the inclination angle,. . . On the operation of these devices have also been explored. Different tests revealed a substantial heat transfer potential and a less sensitive behaviour to gravity forces than a conventional heat pipe. A theoretical approach has been added to this experimental work. It aims at modeling the thermohydrodynamic behaviour of an elementary control volume composed of a single vapour plug and a single liquid slug. It has been shown that oscillations can occur even if the system is submitted only to thermal stresses. This model led in particular to show favourable conditions to the appearance and maintenance of liquid-vapour interface oscillations

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Kieno, Pèlèga Florent. "Étude théorique et expérimentale d'un dispositif caloduc pour climatisation en pays chauds et secs." Nice, 1985. http://www.theses.fr/1985NICE4006.

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Abstract:

Étude d'un système d'accumulation de froid (températures nocturnes basses) dérivant de toitures à lit de galets, type toiture "diode", destiné a transférer les calories vers l'extérieur de l'habitat. Ẻtude théorique et expérimentale du transfert de chaleur

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Chauris, Nicolas. "Analyse par voies expérimentales et numérique de phénomènes thermohydrauliques au sein de caloducs plats : évaluation des performances en vue du refroidissement des batteries de véhicules électriques." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0008.

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Abstract:

L'implantation en masse de véhicules électriques dans le parc automobile français et/ou mondial répresente un changement conséquent dans le secteur automobile. Renault a fait le choix d'être l'initiateur de ce changement en réduisant au maximum les contraintes liées à ce type de véhicule. Une de ces contraintes majeures est la durée de charge des batteries, l'autre étant leur autonomie. Renault veut mettre en place des dispositifs de charge rapide permettant de réduire cette durée à environ 15 minutes. Pour cela, des puissances électriques très élevées doivent circuler dans les batteries et génèrent ainsi des dissipations thermiques importantes. Pour satisfaire ces contraintesthermiques mais également optimiser celles liées à l'encombrement, au coût, à la durée de vie et à la sécurité du dispositif de refroidissement, les solutions classiques de refroidissement gazeux ou liquide semble moins adaptés que d'autres solutions innovantes telles que le refroidissement par diffuseur thermique diphasique. Un diffuseur thermique diphasique a donc été conçu pour s'adapter à cette application. Un banc expérimental a été réalisé afin d'évaluer ses performances, mais également d'analyser son comportement et distinguer l'influence de plusieurs paramètres de premier ordre. Pour aider à cette analyse, des travaux de modélisation hydrauliques et thermiques ont été menés. Enfin, un démonstrateur a été réalisé dans les locaux de Renault pour le refroidissement de quatre modules de batteries avec deux diffuseurs thermiques diphasiques. Les résultats se sont montrés encourageant et ont permis d'ouvrir une voie de développement des systèmes diphasiques dans ce secteur industriel
The emergence of electrical motor vehicles en the French and/or Worldwide fleet stands for a real change in the automotive. Renault made the choice to initiate this change by reducing considerably the constraints linked to this kind of vehicle. One of these major constraints is the batteries loading duration; the other is their autonomy. Renault wants to establish some fast load devices allowing to reduce the loading duration to fifteen linutes approximately. For this, very high electrical powers must pass throuh the batteries, thus generating high heat losses. Considering these thermal stresses while minimizing the size, the cost of the cooling devices, and maximizing their life and safety, classical cooling solutions, such as gaseous or liquid convection, seem to be less suitable than other innovative solutions, such as cooling two-phase thermal spreaders. A two-phase heat spreader has thereby been designed in the context of this thesis in order to respond to this application. An experimental bench has been set-up in order to study the performances of the spreader, and to analyse its operations and distinguish the first order influence of several parameters. To assist this analysis, some specific hydraulic and thermal model approaches have been carried on. Finally, a demonstrator has been produced within the buildings of Renault, dedicated to the cooling of a four batteries pack by means of two heat spreaders. The experimental results are encouraging and permit to conceive the development of two-phase heat spreaders in this industrial sector

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Lataoui, Zied. "Contribution à l'étude des transferts thermiques au sein des caloducs rainurés : identification de la position du front d'assèchement." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Lataoui-Zied/2008-Lataoui-Zied-These.pdf.

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Abstract:

Les caloducs sont des hyper-transmetteurs de chaleur passifs et performants, souvent utilisés dans les applications industrielles (électronique, télécommunication, aérospatial,…), notamment pour le contrôle et la régulation thermiques. En particulier, les caloducs font partie des solutions pratiques pour la dissipation et la répartition des flux de chaleur au niveau des panneaux des satellites de télécommunication. La caractérisation du fonctionnement d’un caloduc est typiquement réalisée en procédant à quelques mesures de température en paroi externe, selon un protocole de test industriel, afin de valider ses performances. Cependant, cette approche ne permet pas d’étudier avec précision le comportement thermique du caloduc. Nous avons donc exploité un banc d’essais, en améliorant fortement la métrologie, pour qualifier finement le fonctionnement d’un caloduc cylindrique à rainures axiales. Dans cette étude, les profils de température obtenus en régime permanent montrent que dans la zone évaporateur des gradients thermiques importants peuvent être atteints, en particulier lorsque le caloduc se rapproche de sa limite de fonctionnement (flux maximum transférable). Ces observations représentent les conséquences directes de l’assèchement progressif susceptible de se manifester à fortes densités de flux de chaleur imposées. En absence de modèles fiables et de possibilités de mesure ou d’observation directes, une analyse basée sur une approche numérique inverse est alors proposée. Il s’agit d’estimer les positions du front d’assèchement dans chaque rainure de l’évaporateur à partir des mesures de température en paroi. En exploitant les mesures expérimentales, les résultats de l’inversion montrent comment la zone asséchée se développe en zone évaporateur et comment elle s’accroît avec l’augmentation de la charge thermique. Ainsi, l’échauffement de la paroi du caloduc est susceptible d’être expliqué par l’incapacité des rainures à alimenter la zone chauffée en liquide (atteinte de la limite capillaire). Le recul du liquide vers la zone adiabatique est aussi observé avec l’augmentation de l’inclinaison. Cet effet confirme l’importance du pompage capillaire dans le fonctionnement du caloduc
Heat pipes are thermally efficient devices used in many applications (electronics, telecommunication, aerospace,…) for heat management and regulation. In particular, heat pipes are considered as practical solutions for thermal distribution and heat dissipation problems in satellite panel surface. Heat pipe performance test is typically performed using some few wall temperature measurements. However, in such approach, the heat pipe operation phenomena cannot be conveniently investigated. For this aim, an axially grooved heat pipe is experimentally characterized using a test bench, to establish stationary wall temperature distributions for various operating conditions. The obtained temperature profiles show that the evaporator region includes the most important temperature gradients as a consequence to the input heat load increase. A sudden and significant temperature increase is therefore observed since the burnout limit is attained. In the evaporator section, an expected progression of the dry out can be then used to interpret experimental results. Nevertheless, ground test (1g) results cannot efficiently be discussed due to the existence of liquid puddle in the heat pipe bottom section. An inverse analysis is then proposed to localise dry out front positions in every axial groove of the evaporator region, using wall temperature measurements. The obtained results show that the dry out zone expands within the evaporator section as the heat load is increased. The significant temperature increase obtained in the evaporator wall can be therefore explained by the incapacity of the grooves to liquid feed the heated section (capillary limit). When an adverse tilt is introduced, the dry out is also involved in the adiabatic section. The important role of the capillary pumping capacity is also emphasized as a key parameter of the investigated heat pipe operation

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Mbow, Cheikh. "Contribution à l'étude des insolateurs à ruissellement à surface absorbante ondulée utilisant l'eau comme fluide caloporteur." Poitiers, 1988. http://www.theses.fr/1988POIT2287.

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Abstract:

Etude theorique. Resolution des equations de fonctionnemnt par une methode implicite dont la particularite est de rendre lineaire les equations aux mailles tout en maintenant le couplage entre celles-ci. Pour modeliser les transferts radiatifs, l'auteur a d'abord analyse la distribution du rayonnement solaire direct sur l'absorbeur et l'evolution de l'ombre portee. Ensuite l'approche par noyau degenere qui est completee par un calcul d'erreur lui a permis de determiner les variations des radiosites des principaux composants de l'insolateur simulation numerique en regime transitoire

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Popova, Nataliya. "Intégration de microcaloducs plats pour le refroidissement des packaging tridimensionnels." Grenoble INPG, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00163012.

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Abstract:

Le packaging et la gestion thermique dans le domaine de l'électronique sont devenus des enjeux importants en raison de l'augmentation des niveaux de puissance et de la miniaturisation des dispositifs. Ce travail de thèse est consacré au refroidissement des substrats électroniques, empilés dans un module 3D, et à l'intégration dans ces derniers, de fonctions thermiques, tels que les caloducs plats. Cette étude se concentre plus particulièrement sur la conception, la réalisation et l'évaluation expérimentale des caloducs métalliques miniatures très fins. Nous avons pu démontrer que l'intégration des composants de type caloduc dans des substrats très fins est possible et représente une solution très intéressante pour la gestion thermique des équipements électroniques des applications avioniques. L'ensemble de ces travaux a permis de mettre aux points de nouvelles techniques d'élaboration de caloducs plats à réseau capillaire fritté et d'ouvrir cette démarche à de nouvelles stratégies de refroidissement
The packaging and thermal management of electronic equipment has become an important issue because of increased power levels and the simultaneolls miniaturization of the devices. This thesis work is devoted to the cooling of electronic substrates, stacked il1 a 3D module, and to the integration of thermal functions, such as flat heat pipes, in these substrates. This research study in concentrated more particularly on the design, the fabrication and the experimental evaluation of miniature very thin metal heat pipes. Experimental and modelling results showed that the studied heat pipes eliminate hot spots and spread the heat dissipated from the components in a very efficient way. New fabrication techniques of flat heat pipes with sintered capillary wicks have been developed. This thesis work allows showing that the integration of heat pipes in very thin electronic substrates is possible and very interesting solution for the thermal management of electronics devices particularly for avionics applications

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Siedel, Benjamin. "Analysis of heat transfer and flow patterns in a loop heat pipe : Modelling by analytical and numerical approaches and experimental observations." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0092/document.

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Abstract:

La miniaturisation toujours plus poussée des composants électroniques génère des contraintes thermiques de plus en plus importantes. Les boucles diphasiques à pompage thermo-capillaire ou LHP suscitent actuellement un intérêt croissant en raison de leurs bonnes performances thermiques, de leur fiabilité et de leur géométrie permettant une grande souplesse d’implantation. Cependant, une meilleure compréhension des phénomènes en jeu dans ces systèmes est essentielle pour optimiser leur conception et prédire leur comportement de manière fiable. Dans ce travail, un modèle analytique est développé qui intègre les paramètres de fonctionnement d’une LHP, afin d’étudier leur influence en fonction des conditions opératoires. Son originalité principale réside dans la détermination précise de la répartition des différents flux thermiques dans l’évaporateur. Une étude de sensibilité est menée pour évaluer les influences de la résistance de contact entre la structure capillaire poreuse et l’enveloppe de l’évaporateur, de la conductivité thermique équivalente du matériau poreux, du coefficient d’accommodation lié aux transferts de chaleur par évaporation et des coefficients de transfert thermique entre la paroi et le milieu ambiant ou la source froide. Cette analyse montre que les paramètres mentionnés ci-dessus peuvent être estimés individuellement, en comparant le modèle à des données expérimentales judicieusement choisies. Un banc expérimental a également été conçu et fabriqué. Partiellement transparent, il permet l’observation de la position des phases liquide et vapeur au cours du fonctionnement. Les influences de la puissance thermique appliquée, de la présence de gaz incondensables et de la température de la source froide sont analysées. Aux puissances thermiques élevées, un régime d’ébullition nucléée est observé dans le réservoir, qui se traduit par une augmentation des flux parasites vers le réservoir donc une dégradation des performances de la LHP. Plusieurs phénomènes oscillatoires sont également observés et corrélés aux observations visuelles des écoulements. Enfin, différents régimes de condensation sont observés et les mécanismes conduisant au détachement des bulles dans le condenseur sont décrits. Un modèle numérique a été développé, afin de simuler le comportement du banc expérimental en se rapprochant au plus près de ses caractéristiques géométriques et thermophysiques. La comparaison entre les prédictions du modèle et les données expérimentales montre les carences des modèles de pertes de charges dans les écoulements diphasiques, pour la configuration étudiée. Les transferts de chaleur et de masse dans l’évaporateur sont analysés, ainsi que l’influence de l’apparition de l’ébullition dans le réservoir et celle de la conductivité thermique de l’enveloppe de l’évaporateur. Les résultats mettent également en évidence l’importance de la conduction thermique longitudinale dans les canalisations dans le cas d’un matériau conducteur
The increasing development of electronics leads to higher constraints regarding their thermal management. Loop heat pipes (LHP) become more and more attractive because they offer thermal efficiency, reliability and large implementation flexibility. However, a better understanding of the physical phenomena involved within them is required in order to optimise their design and predict accurately their operation. An analytical model is developed to highlight the main parameters of a LHP and their influence depending on the operating conditions. Its main originality lies in a thorough consideration of heat transfer in the evaporator. A sensitivity analysis is conducted to study the influence of the contact thermal resistance between the wick and the body of the evaporator, of the effective thermal conductivity of the wick, of the accommodation coefficient linked to the evaporation heat transfer and of the heat transfer with the ambient and with the heat sink. This analysis shows that these parameters can be individually and separately estimated by comparing the model to a set of well-chosen experimental data. An experimental setup is designed and built. It is partially transparent, to observe the location of the liquid and vapour phases in operating conditions. The effects of the heat input, non-condensable gases and of the heat sink temperature are discussed. Nucleate boiling is observed inside the reservoir for high heat fluxes. This phenomenon increases significantly the parasitic heat flux towards the reservoir and therefore decreases the performance of the LHP. Several oscillating phenomena are also observed and correlated to the flow patterns. Finally, distinct condensation regimes are investigated and the mechanisms leading to the bubble detachment in the condenser are discussed. A numerical model is developed in accordance with the geometrical and thermophysical characteristics of the experimental setup. The model is compared with the experimental data. The comparison shows the lack of accuracy of the two-phase pressure drops models in this configuration. Heat and mass transfer in the evaporator are discussed and the effects of boiling in the reservoir and of the thermal conductivity inside the evaporator casing are investigated. The results highlight the importance of the longitudinal thermal conduction inside the tube in the case of conductive materials

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Hassan, Cyril. "Simulations, conception et réalisation d'un plafond chauffant et rafraîchissant pour des pièces à usage de bureau." Paris, ENMP, 2003. http://www.theses.fr/2003ENMP1189.

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Abstract:

La prise en compte de considérations économiques et écologiques favorise la recherche du confort thermique dans les pièces à usage de bureau. Une étude du confort thermique chez l'homme met en avant les systèmes de climatisation par plafond rayonnant puisqu'ils pemettent un gain énergétique. Cependant, ces systèmes sont limités en puissance, surtout en rafraîchissement, pour un emploi dans le secteur tertiaire. Un système de climatisation par plafond rayonnant fut réalisé dans un bureau de l'Ecole des Mines de Paris, en y intégrant des caloducs souples plats car ils présentent l'avantage d'uniformiser les températures de surfaces et de pouvoir transmettre des flux thermiques élevés. Les essais effectués mettent en évidence l'impact d'un tel système sur les conditions de confort thermique : en chauffage, la température opérative augmente de 2 à 3 K et en rafraîchissement elle diminue de 3 à 4 K. Cette pièce a fait l'objet d'une étude numérique poussée : l'aéraulique a été modélisée à l'aide d'une simulation CFD réalisée avec le logiciel FLUENT® et le champ thermique l'a été grâce à une modélisation nodale en régime dynamique, réalisée avec le code de calcul thermique Thermette®. Ces simulations ont été utilisées pour améliorer la conception du système : ainsi, il a été mis en avant qu'en augmentant la superficie de la surface rayonnante utile et en améliorant le coefficient d'échange avec l'air ou en associant ce système à un préconditionnement thermique de l'air neuf entrant, le plafond rayonnant à panneaux caloducs pourrait transférer plus facilement la totalité des charges thermiques
Studies on thermal comfort in office spaces are encouraged by economic and environmental considerations. Radiant air-conditioning ceiling systems are efficient on thermal comfort because they do not create any discomfort and the air temperature is higher than with a all-air system. Their use is cheaper than with a conventional system and so, it provides energy saving. However, their cooling capacity is limited for an office use. After a sizing performed with the software COMFIE®, heat soft pipes are integrated in a radiant air-conditioning ceiling system. With this technology, uniform surface temperatures are observed and high heat transfer rates are achieved. During the tests, effects on the thermal comfort are noticed : operative temperature is higher to 2 or 3 K in heating mode, and lower 3 or 4 K in cooling mode. An advanced numerical simulation of this room is carried out : air velocity field is predicted with the CFD software FLUENT® and the thermal field is calculated with THERMETTE®. These simulations are used to improve the system design : by increasing the radiant ceiling area and the thermal convection coefficient or by a thermal preconditioning on air, the radiant air-conditioning ceiling system would be able to transfer more easily all thermal fluxes

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Lebrun, Laurent. "Contribution a l'optimisation economique et a la fabrication industrielle des echangeurs a caloducs a partir d'une analyse du marche francais." Paris, ENSAM, 1990. http://www.theses.fr/1990ENAMA014.

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Abstract:

Afin de pouvoir donner a innovations thermiques les moyens de realiser et de vendre des caloducs, nous avons liste toutes leurs applications potentielles connues et imaginables afin de pouvoir faire des choix. Le produit echangeur a caloducs a ete choisi en fonction de criteres techniques et commerciaux propres a innovations thermiques. Les outils theoriques de conception des caloducs pour echangeur (gamme de temperature, limites de fonctionnement, coefficients d'echange internes, ) ont ete developpes et mis sous forme de programmes de calcul. Le principe du calcul des echangeurs a caloducs a aussi ete mis sous forme de programme de calcul. L'etude du produit nouveau echangeur a caloducs a alors ete realisee en plusieurs phases : une etude economique du produit a permis de definir le cahier des charges fonctionnel en fonction des besoins des clients potentiels. Une etude technique a degage une gamme de fabrication qui a ensuite ete testee avec une premiere realisation de 425 caloducs acier-toluene. L'analyse de cette fabrication a permis de definir une gamme plus adaptee permettant d'atteindre un prix de vente correspondant au prix du marche des echangeurs de chaleur.

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Rossomme, Séverine. "Modélisation de l'évaporation des films liquides minces, y compris au voisinage des lignes de contact: application aux caloducs à rainures." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2008. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210409.

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Abstract:

Les recherches que nous présentons dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de l’analyse des phénomènes de transport fondamentaux impliqués lors du processus d’évaporation d’un film liquide mince. Outre les mécanismes macroscopiques (résistance thermique du solide, capillarité, thermocapillarité, …) qui influencent le comportement de tels films, des développements fondamentaux et expérimentaux ont mis en évidence le rôle significatif d’effets microscopiques, comme les forces de van der Waals [11,96,117]. L’objectif de cette thèse est double. Il s’agit tout d’abord de caractériser les phénomènes locaux qui influencent le processus d’évaporation et ensuite, d’étendre notre étude à une échelle globale “macroscopique”. Ce manuscrit est divisé en deux parties qui correspondent à ces deux objectifs.

L’étude décrite dans la première partie propose une contribution originale à la modélisation de l’évaporation des films minces, y compris au voisinage des lignes de contact. De manière générale, nous cherchons à mettre en évidence l’influence de phénomènes qui se déroulent aux petites échelles sur le transfert thermique d’un film mince déposé sur une paroi plane et chauffée. Dans le cadre de l’hypothèse de lubrification, deux modèles sont dès lors développés. Le premier modèle décrit l’évaporation d’un film liquide mince dans sa vapeur pure tandis que le second modèle porte sur l’évaporation d’un film liquide mince dans un gaz inerte. Les diverses recherches menées sont principalement orientées vers la quantification, d’une part, des angles de contact apparents générés par l’évaporation, malgré le caractère parfaitement mouillant du couple liquide-solide utilisé et, d’autre part, des flux de chaleur et de matière interfaciaux. Une particularité du premier modèle est qu’il généralise divers modèles existants [15,25,86,117] en regroupant un ensemble de phénomènes spécifiques et complexes tels que le saut de température à l’interface liquide-vapeur, la résistance thermique de la vapeur et celle du solide ou la variation locale de la température de saturation à l’interface liquide-vapeur suite à la courbure interfaciale et aux forces de van der Waals. En plus de ces effets, d’autres mécanismes plus classiques sont inclus dans le modèle :la tension superficielle, la thermocapillarité, la pression de disjonction, l’évaporation et le recul de vapeur. Des analyses de stabilité linéaires et des études paramétriques ont été réalisées afin de quantifier l’influence de ces phénomènes sur la stabilité d’un film liquide mince, sur son évaporation et sur le transfert de chaleur associé. Au travers des chapitres 3 et 4, nous mettons notamment en évidence

• comment les forces de van der Waals compensent l’évaporation du film liquide mince de façon à créer un film stationnaire stable,

• pourquoi le recul de la vapeur et la thermocapillarité sont deux phénomènes qui peuvent être négligés dans les conditions étudiées dans ce travail,

• des lois analytiques qui décrivent certaines variables du problème, plus particulièrement l’angle de contact et le maximum du flux de chaleur, en fonction de la surchauffe de la paroi solide.

Faisant suite aux travaux proposés par Haut et Colinet [59], nous avons ensuite développé un second modèle afin de caractériser l’évaporation dans une faible quantité de gaz inerte d’un film liquide mince déposé sur une paroi plate et chauffée. Tout comme dans le cadre de l’étude précédente, notre analyse s’articule autour d’une étude de stabilité linéaire ainsi que d’études paramétriques réalisées sur des nombres caractéristiques du problème. Alors que les conclusions sur la stabilité du film sont indépendantes de la quantité de gaz inerte contenue dans la phase vapeur, il n’en est pas de même pour les transferts de matière et de chaleur interfaciaux comme montré au chapitre 5.

Dans la seconde partie du travail, nous utilisons les conclusions auxquelles nous sommes arrivés dans la première partie dans le cadre d’une application industrielle. En collaboration avec le Centre d’Excellence en Recherche Aéronautique (CENAERO) et la société Euro Heat Pipes (EHP), une stratégie a été élaborée afin de simuler les transferts thermiques radiaux dans une rainure d’un caloduc au niveau de l’évaporateur. Les résultats numériques, obtenus sur base d’un modèle multi-échelle développé à l’ULB et implémenté numériquement lors d’un stage chez CENAERO, montrent que ces transferts sont influencés par la valeur de l’angle de contact. Celui-ci dépendant des phénomènes microscopiques, il s’avère par conséquent nécessaire de les inclure dans le modèle thermique. En effet, si nous ne considérons que les aspects macroscopiques du problème, qui se résument à la conduction dans le solide et dans le liquide, le coefficient d’échange global au niveau de la rainure est surestimé.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Voirand, Antoine. "Etude théorique de la dynamique d'une bulle dans un tube capillaire chauffé." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0008/document.

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Abstract:

Dans le cadre d’une contribution à la modélisation des caloducs oscillants, le modèle mis en place se résume à une bulle seule se déplaçant dans un tube de dimension capillaire.Une densité volumique de chaleur est considérée dans la paroi du capillaire, et la température de référence considérée n’est pas la température de saturation de la phase vapeur,mais la température extérieure au tube ce qui permet la variation de la température de saturation dans le temps et une meilleur adéquation du modèle avec la réalité. La résolution du modèle est effectuée par étapes selon la technique de perturbation du domaine,et les effets physiques de moindres importances peuvent être ajoutés au problème simplifié, en particulier les effets inertiels. Cette résolution a permis de définir une nouvelle corrélation portant sur la hauteur de film déposé par le bouchon liquide en mouvement en fonction du nombre capillaire et d’un nombre d’évaporation représentant l’intensité du chargement thermique. Ce modèle permettra aussi d’étudier l’influence réciproque des champs de vitesse et de température sur le bouchon de liquide devant le ménisque en déplacement. La résolution du problème associé à la partie arrière de la bulle met en évidence la formation d’un bourrelet de liquide entre le film de liquide déposé à la paroi et le ménisque arrière. La taille de ce bourrelet est fortement dépendante de la densité de flux de chaleur imposée à la paroi. Dans le cas o`u le ménisque arrière remouille un film adsorbé laissé à la paroi après assèchement du film, la ligne triple présente des ondulations axiales dues à son déplacement, et non au chargement thermique. La densité de flux de masse évaporée à l’interface liquide-vapeur entraîne une modification non seulement de la température de saturation, mais aussi de la masse de la bulle. Un modèle thermodynamique de la phase vapeur a ´et´e mis en place pour étudier les paramètres importants influençant les variations temporelles des caractéristiques géométriques et thermodynamiques de la bulle
The model of a single bubble moving in a capillary tube is written as a contribution to the modeling of Pulsating Heat Pipes. A constant heat load is considered at the wall, and the reference temperature of the problem is defined to be the outside medium temperature, which is closer to reality, and thus allowing the saturation temperature of the vapor phase to vary. Using domain perturbation techniques, a step-by-step resolution ofthe model is implemented, allowing minor physical effects to be taken into consideration,for example the inertial effect on the receding meniscus. A new correlation is proposed on the thickness of the liquid film deposited by the receding meniscus, by means of the capillary number and an evaporation number representing the thermal condition. The velocity and temperature fields in the liquid plug ahead of the meniscus can also be obtained. The resolution of the problem associated with the rear-end of the bubble,where the rear meniscus advances on either a micrometric liquid film or an adsorbed film left by the dry-out of the capillary wall, shows a corrugating liquid-vapor interface.The magnitude of these corrugations is strongly dependent on the value of the heat load applied at the wall. In the case of wall rewetting, the interface corrugations at the triple line are due to its displacement, and not to the thermal boundary condition. Because the evaporative mass flux through the liquid-vapor interface modifies the vapor bubble mass, a complete transient thermodynamical model of the bubble is implemented. In this case, the important parameters controlling the kinematics, dynamics and thermodynamics of the bubble were identified

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Bertossi, Rémi. "Modélisation des transferts de chaleur et de masse dans les caloducs : contribution à l'analyse des phénomènes d'interfaces intervenant dans les écoulements diphasiques." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://www.theses.fr/2009ESMA0029.

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Abstract:

Les caloducs permettent, au sein des équipements dans lesquels ils sont intégrés, de transférer de grandes quantités de chaleur en utilisant l'enthalpie de changement de phase d'un fluide à l'état de saturation. Ils garantissent ainsi de faibles gradients de températures. Grâce à leur fiabilité, leur autonomie et leur encombrement réduit, les caloducs sont des technologies dont le développement est en plein essor. La compréhension de la physique mise en jeu dans ces systèmes requiert une modélisation numérique fine des phénomènes régissant les transferts de masse et de chaleur qui s'y produisent. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la modélisation des échanges au sein des deux technologies particulières que sont les caloducs à pompage capillaire à rainures axiales et les caloducs tournants. Ce mémoire fournit d’abord, dans les deux premiers chapitres, une présentation générale des caloducs et des phénomènes physiques intervenant dans leur fonctionnement. Suit, une caractérisation complète de la micro-région située en haut des rainures des évaporateurs de caloducs rainurés. Cette région constitue une zone d'échange privilégiée. Des résultats originaux sont mis en évidence et sont établies, en particulier, des corrélations permettant de modéliser précisément cette micro-région au sein de modèles acroscopiques d'évaporateur. Le modèle utilisé pour la description de la micro-région est ensuite étendu à la caractérisation des transferts de masse et de chaleur au sein du film de liquide le long d'un caloduc tournant. Les résultats permettent alors de quantifier l'influence de certaines conditions de fonctionnement du caloduc sur ses performances. Enfin, à l'aide du code Trio_U développé au CEA-Grenoble, de premières caractérisations de comportement à l'interface liquide/vapeur sont effectuées pour des situations d'écoulements simples avant d'envisager d'étendre nos premiers travaux à la modélisation thermo- hydraulique d'un caloduc complet
Heat pipes are highly efficient devices thanks to the use of latent enthalpy of a fluid at saturation state characterizing the liquid/vapour phase change. They can transfer heat flux maintaining little temperatures gradients. Thanks to their reliability, their autonomy and their little size, they are more and more used in many applications. The better understanding of physical phenomena interfering in these systems requires an accurate numerical modelling of heat and mass transfers. This thesis particularly focuses on the transfers modelling in two main different technologies: grooved heat pipes and rotating heat pipes. In a first chapter, a general description of heat pipes is exposed. The second chapter focuses on the description of the physical phenomena occurring in such devices. In grooved heat pipes, important part of the heat flux injected goes through a little region called micro-region. It is localized at the top of the grooves in the evaporator. A model of this region is presented where original results are exposed; correlations are notably proposed to characterize precisely this zone in a macroscopic model of evaporator. The model used here is then adapted to the description of heat and mass transfer through the liquid film along a rotating heat pipes. The results obtained permits to show the influence of the different operating conditions on the heat pipe performances. Finally, thanks to software developed by the CEA-Grenoble, Trio U, first characterisations of the behaviour of liquid/vapour interface are done for simple two phase flows. This study will permit, in the future, to complete the previous modellings: the final aim is to develop a complete thermo-hydraulic model of heat pipe

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Guilhem, Noëlie. "Analyses et caractérisations numérique et expérimentale d'un caloduc tournant à grandes vitesses de rotation." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0011.

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Abstract:

L'utilisation de machines électriques soumises à des conditions de fonctionnement toujours plus sévères (vitesse de rotation, dissipations de chaleur) nécessite la mise au point d'un dispositif efficace, autonome et fiable, capable d'extraire la chaleur de ces équipements tout en respectant les contraintes de poids, de taille et de coût rencontrées dans l'aéronautique. Outre ses qualités de système passif pouvant transférer d'importantes quantités de chaleur, le caloduc tournant axial satisfait ces exigences du fait de l'encombrement minimal et des faibles quantités de fluide qu'il nécessite. La caractérisation de ce type de dispositifs diphasiques soumis à de fortes accélérations radiales (jusqu'à 16 000 g) a fait l'objet de travaux à la fois numériques et expérimentaux effectués dans le cadre de cette thèse. Une première phase de l'étude développée dans ce mémoire a été dédiée à la description du comportement thermo-hydraulique interne du caloduc tournant par une approche semi-analytique centrée sur la modélisation du comportement de la phase liquide. Cette réflexion, menée à la fois dans des cas de remplissage minimaux ainsi que dans des cas de sur-remplissage, a permis de mettre en évidence la sensibilité des performances aux différents paramètres de fonctionnement que sont la vitesse de rotation, le flux de chaleur, la masse de fluide, la température de saturation et la nature du fluide. La caractérisation du caloduc tournant a ensuite été complétée par une phase expérimentale nécessaire à la quantification des capacités de transferts de chaleur dans des conditions réelles de fonctionnement. Les différentes campagnes d'essais menées ont permis d'une part de s'assurer du fonctionnement du dispositif chargé soumis à des accélérations très élevées et d'autre part, de quantifier les performances du système pour diverses conditions opératoires (vitesse, flux de chaleur, etc. ). L'ensemble des investigations a révélé un potentiel de transfert de chaleur très satisfaisant, ce qui s'avère très encourageant en vue d'une intégration du système dans une machine tournante
The use of electrical equipments undergoing hard operating conditions (rotational speed, heat dissipations) leads to the development of an efficient, passive and reliable device, capable of extracting heat from those systems while satisfying constraints such a weight, size and cost encountered in aeronautics. As well as being a good passive system transferring large quantities of heat, the axial rotating heat pipe satisfies all those requirements because of its reduced size and the small working fluid loads. The characterization of this type of two-phase devices operating under high radial acceleration levels (up to 16 000 g) has led to researches both numerical and experimental carried out during this thesis. The first phase of this study is devoted to the internal thermo hydrodynamic behaviour of the rotating heat pipe with a semi-analytic approach, concentrated on the behaviour of the liquid phase. This analysis, carried out with both minimal and overweight conditions, has highlighted the devices performances sensibility to the different operating parameters which are the rational speed, the heat flux, the filling ration the saturation temperature and the type of fluid. The rotating heat pipe characterization has then been completed with an experimental phase, necessary to the evaluation of its heat transfer capacities in real operating conditions. Different series of tests first checked the ability of the device to operate under high accelerations while being loaded with fluid and then lead to the system performances determination for several operating conditions (speed, heat flux, etc. ). All those investigations revealed a very interesting heat transfer potential which is very promising for the integration of this system in rotating equipment

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Zeghari, Kaoutar. "Développement de micro-caloduc pour le bâtiment et l'électronique : modélisation et expérimentation." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMC218.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est d’introduire un système de transfert thermique passif dont les performances seront optimisées pour réduire l’effet de l’humidité dans les matériaux de construction bio sourcés et particulièrement dans les mélanges en Bauge. La solution étudiée est les caloducs combinant le transfert thermique par changement de phase et une flexibilité d’application que ça soit pour chauffage comme dans notre cas ou pour refroidissement comme il est courant dans le domaine du refroidissement passif. Cette technologie permet la gestion thermique avec toute simplicité, sans encombrement ni consommation de l’énergie. Le caloduc est en effet un dispositif fermé généralement conçu en cuivre ayant une architecture interne permettant la circulation du fluide entre la zone chauffante (évaporateur) et la zone refroidie (condenseur). Différents prototypes expérimentaux ont été construits au laboratoire pour caractériser en premier lieu les propriétés thermiques des mélanges en bauge, étudier le transfert thermique dans différents caloducs poreux et à micro canaux et aussi pour étudier l’application des caloducs dans ces mélanges de bauge en se basant sur une méthode standardisée de caractérisation hydrique des matériaux de construction. Nombreuses études expérimentales sont introduites. L'influence du taux de chargement, type de fluide, type de structure interne, dimensions, géométrie, et aussi la puissance électrique est détaillée et analysée. En parallèle, des modèles mathématiques thermiques et hydrauliques ont été développés pour prédire les performances du caloduc poreux et à micro canaux. Une comparaison avec les résultats expérimentaux est également effectuée permettant une vérification des modèles. Aussi, une étude d’optimisation est introduite en comparant les performances des différents caloducs et en étudiant l’effet d’utilisation des MCPs côté évaporateur et condenseur. Enfin, l’application des caloducs dans les bâtiments est mise en évidence par une étude expérimentale en intégrant les caloducs dans les mélanges en bauge. L’étude est réalisée dans une chambre climatique simulant différents cycles de variation d’humidité afin d’évaluer l’effet du caloduc sur les performances hygrothermiques de ce matériau
The objective of this study is to introduce a passive heat transfer system whose performance will be optimized to reduce the effect of humidity in bio-sourced building materials and particularly in cob mixes. The studied technology is heat pipes combining heat transfer through phase change and flexibility of application whether for heating as in this study or for cooling as it is common in passive cooling application. This solution enables an effective thermal management with easiness, without compaction nor energy consumption. The heat pipe is in fact a closed device generally designed using copper with an internal wick structure allowing the circulation of the fluid between the heating zone (evaporator) and the cooled zone (condenser). Different experimental set ups were built in the laboratory to first characterize the thermal properties of cob mixes, then, to study the heat transfer in different porous and microchannel heat pipes and after to study the application of heat pipes in these cob mixes based on a standardized method for hydrothermal construction materials characterization. Many experimental studies are introduced by investigation the effect of several parameters. The influence of the fill ratio, type of working fluid, and type of internal structure, dimensions, geometry, and the effect of input heat flux are detailed and analyzed. In parallel, thermal and hydraulic mathematical models have been developed to predict the performance of the porous and microchannel heat pipe. A comparison with the experimental results is also carried out allowing a verification of the models. In addition, an optimization study is introduced by comparing the performance of different heat pipes and studying the effect of using PCMs on the evaporator and condenser side. Finally, the application of heat pipes in buildings is evaluated by investigating experimentally the integration of heat pipes in cob mixes. The study is carried out in a climatic chamber simulating different cycles of humidity variation in order to assess the effect of the heat pipe on the hydrothermal performance of this material

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Ternet, François. "Caloduc miniature pour le refroidissement passif des composants électroniques d'un décodeur Orange." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC221.

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Abstract:

Ce mémoire présente l’étude du refroidissement diphasique passif d’un décodeur de télévision par le biais d’un caloduc. Il se décompose en deux grandes parties : une étude numérique des caloducs, afin de déterminer les caractéristiques géométriques et physico-chimiques des calo-ducs dans le but de refroidir de manière optimale le décodeur TV. Deux analyses numériques sont effectuées : une première qui est analytique, qui repose sur des simplifications afin d’établir une formule simple du flux maximal que l’on peut dissiper avec un caloduc dont on connais les caractéristiques demandées. Une vérification est de surcrois effectuée pour déterminer si le ca-loduc déterminé ne rentre pas dans des limitations inhérentes aux écoulements diphasiques. Dif-férents fluides sont testés. Une seconde simulation est effectuée, comportant une étude hydrau-lique couuplée a un modèle hydraulique pour simuler toutes les propriétés à l’intérieur du calo-duc, comme le rayon capillaire, les pressions, les vitesses des fluides. Cette simulation est effec-tuée grace a une méthode Runge-Kutta d’un système d’équations différentielles non linéaires couplées. La partie experimentale comporte elle aussi deux sections distinctes. La première con-siste à tester différents caloducs, afin d’optimiser leur fonctionnement lorsqu’ils sont soumis à des puissances données.Pour ce faire, un banc d’essai a été monté et un système de remplissage a été développé afin de répondre aux enjeux de la mise en place d’un caloduc. Plusieurs taux de remplissages, plusieurs fludies et différentes ailettes sont testées. Enfin, le caloduc présentant les meilleures performances est testé sur le décodeur, après avoir au préalable caractérisé le com-portement de celui-ci en fonctionnement normal
This report presents the study of a passive two-phase cooling of a television decoder using heat pipe. It is composed into two main parts: a first part concerns the numerical studies and the second an experimentalstudy. Numerical study is conducted in order to determine the geometric and physico-chemicalcharacteristics of heat pipes in order to optimally cool the TV decoder. Two numerical analyses arecarried out: a first one, which is analytical model that is based on the global study of the heat pipe inorder to determine the maximum heat flux that can be dissipated. Different working fluid could bestudied and various architectural design of heat pipe are tested. Different fluids are tested in order todetermine the best configuration of the micro-channel respecting heat pipes working limitations. Asecond model is carried out to characterize the local physical parameters such as: pressure in the liquidand vapour phases, temperature, thermal resistances, capillary radius, etc. This second simulation iscarried out by a Runge-Kutta method to solve differential equations. In the experimental part, an experimentalset up is has been installed in the laboratory to study heat pipes performances under variousexperimental conditions. A filling system has been developed for heat pipes in order to test variousworking fluids and different charges. Finally, the best configuration of the heat pipe is tested to coolOrange decoder. Different tests are conducted previously in order to make characterization of the conventionalcooling system and heat pipe cooling mod

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Ivanova, Mariya. "Conception et réalisation de fonctions thermiques intégrées dans le substrat de composants électroniques de puissance : apport de la gestion des flux thermiques par des mini et micro caloducs." Grenoble INPG, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00171856.

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Abstract:

Les modules de puissance ont tendance à devenir de plus en plus compacts et ceci engendre une augmentation significative des densités de flux à évacuer. Un refroidissement plus performant est devenu impératif. Pour la conception optimale d'une fonction de puissance, les contraintes électriques et thermiques ne peuvent pas être traitées séparément. Les caloducs plats présentent un intérêt certain lorsque les applications visées intéressent le domaine spatial où les critères de masse, d'encombrement et d'isolation électrique sont primordiaux. Un caloduc est un système qui, grâce à un changement de phase d'un fluide caloporteur, prélève la chaleur d'un point et la transporte vers un autre, sans utiliser de pompe ou d'autre artifice mécanique. Dans un premier temps, des études théoriques et expérimentales ont été conduites pour concevoir et réaliser de micro caloducs en silicium. Deux types de réseaux capillaires ont été étudiés. Le premier est constitué de rainure axiales réctangulaures et le second de rainures radiales. La seconde partie des travaux consiste l'étude de conception, de réalisation et de caractérisation des caloduc integrés dans un substrat DBC (Direct Bonded Copper). L'ensemble de ces travaux a montré tout l'apport des mini et micro caloducs dans la gestion thermique des systèmes électroniques
The power modules tend to become more compact and this generates a significant increase in the dissipated heat flux densities. A powerful cooling becomes imperative. For the optimal design of a power function, the electric and thermal constraints cannot be treated separately. The flat heat pipes present a interesting solution when the applications concern the space field where the criteria of mass, and electric insulation are of primary importance. The heat pipe is a system which, thanks to a phase shift of a coolant, takes the heat of one point and transports it to another, without using of pump or another mechanical artifice. Initially, theoretical and experimental studies were led to design and realize silicon micro heat pipes. Two types of capillary structure were studied. The first one consists of rectangular axial grooves and the second one of radial grooves. The second part of this work consists of design, realization and characterization of the heat pipe integrated in a DBC (Direct Bonded Copper) substrate. The whole work showed ail the contribution of pipes in the thermal management of the electronic systems

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Cardin, Nicolas. "Effet de la contrainte normale électrique sur la forme d'une interface liquide-vapeur dans une rainure carrée : amélioration des performances hydrodynamiques d'un caloduc capillaire." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02612823.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire ambitionne de démontrer la faisabilité et l’intérêt de l’utilisation de l'électrohydrodynamique (EHD) dans des caloducs plats. Les caloducs plats sont des systèmes passifs permettant de transférer une grande quantité de chaleur avec un faible gradient de température grâce au transfert avec changement de phase et aux phénomènes de capillarité. Un modèle théorique permettant d'évaluer l'effet d'un champ électrique sur la forme d'un ménisque dans une rainure carrée est développé. Une attention particulière est apportée à la compréhension fine des couplages entre les phénomènes EHD, de mouillage et de capillarité. Les résultats du modèle sont produits sous forme d'abaques en nombre sans dimension, afin d’utiliser ces derniers comme outils de dimensionnement de FPHP EHD. Deux sections d'essais, composées d'une même structure capillaire formée de rainures longitudinales, sont testées. Une section a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur la forme de l'interface, à l'aide d'un microscope confocal en condition isotherme. L'étude de l'effet du champ électrique est abordée en régime permanent, mais aussi en régime fréquentiel par la mise en place d'une méthode dite de vobulation. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numérique afin de valider ces derniers. La deuxième section d'essais a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur les performances thermiques d'un caloduc plat. Des effets du champ électrique sur la distribution liquide sont observés à l'aide d'une caméra et les effets sur le profil de température sont mesurés à l'aide de thermocouples le long du caloduc. Les résultats obtenus permettent d’élargir les perspectives de recherche en vue d’améliorer l’état des connaissances sur l’utilisation d’un champ électrique dans un caloduc plat
This project aims to demonstrate the feasibility and value of using electrohydrodynamic (EHD) inside flat plate heat pipes (FPHP). FPHPs are passive devices able to transfer high heat fluxes with low temperature differences owing to phase change heat transfer and capillarity. A numerical model, devoted to the study the shape of a meniscus trapped in a square groove in the presence of an electric stress, is developed. Particular attention is paid to the detailed understanding of the linkages between EHD phenomena, wetting or electro-wetting and capillarity. Dimensionless results from the numerical study are provided in order to be used as abacus for the design of EHD FPHP. Two experimental benches, sharing the same capillary structure made of square grooves, are studied. The first experimental bench devoted to study the local effect of the electric field on the interface shape in the absence of heat flux, by means of a confocal microscope. The experimental results are obtained with a DC electric field and with an AC electric field by means of a vobulation methodology. The experimental results are compared to the numerical results for validation purposes. The second experimental bench is devoted to the study of the effect of an electric field on the thermal performances of a FPHP. The temperature profiles along the FPHP are recorded with thermocouples, while the effect of the electric field on the liquid distribution are recorded by means of a camera. The experimental results proves useful to define the prospects for further experimental an numerical studies to expand the knowledge about of the effect on the use of an electric field in a FPHP

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Hoang, Thanh Tung. "Récupération et valorisation d'énergie thermique sur gaz chauds- Approche expérimentale et numérique." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0016/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse porte sur l’analyse de la récupération de l’énergie thermique sur gaz chauds à température élevée(250°C - 450°C). Pour cela, la technologie de récupérateur à caloduc de type thermosiphon a été retenue. L’un des points cruciaux porte sur le choix d’un fluide de travail adapté à ces niveaux de température. Une analyse bibliographique a permis d’identifier le naphtalène comme élément de fluide potentiel pour cette gamme de température. Cependant le manque d’informations sur son comportement et ses capacités de transport a nécessité le développement d’un montage fondamental spécifique.Un caloduc thermosiphon chargé en naphtalène et de la forme d’un tube inox lisse de diamètre 23,9 mm, de longueur 1m (zone évaporateur : 20 cm ; zone condenseur : 20 cm) a été réalisé et testé. Les résultats expérimentaux obtenus démontrent tout d’abord la faisabilité d’un tel système dans cette gamme de température et pour les puissances thermiques envisagées. Ils révèlent un comportement inhabituel du thermosiphon lors des phases de démarrage (régime transitoire). En régime permanent, l’analyse a porté sur l’influence de la température de saturation, la puissance transférée ainsi que l’inclinaison. En termes de performances, les conductances thermiques (évaporateur, condenseur, système) augmentent avec la température vapeur et diminuent avec la puissance apportée à l’évaporateur. La puissance transférée peut s’échelonner de 0,2 kW à 1,5 kW, soit 1 à 8 W/cm² à l’évaporateur. Une faible sensibilité à l’inclinaison a été constatée lors des tests (0°-78°), un peu plus marqué pour 84°. Enfin pour une orientation à l’horizontale (90°), le caloduc fonctionne malgré tout et sa capacité de transfert reste élevée bien qu’éloignée du mode thermosiphon. En parallèle, un modèle de thermosiphon a été développé dans lequel les coefficients d’échanges locaux (évaporateur et condenseur) sont calculés par différentes corrélations issues de la littérature. La comparaison avec les résultats expérimentaux a permis de valider les modèles physiques retenus avec un bon accord, et de prédire le fonctionnement du caloduc pour d’autres sollicitations.Ainsi et enfin, un premier prototype récupérateur à thermosiphon au naphtalène a été conçu, fabriqué et couplé sur la veine « gaz chauds » conçue et développée aussi au sein du laboratoire. Les premiers résultats obtenus du système complet permettent de développer des stratégies de récupération et de valorisation de l’énergie thermique sur la ligne d’échappement, dans un contexte d’application automobile
The aim of the thesis is to analyze the heat recovery on hot gases at intermediate temperature range (250°C - 450°C). For this purpose, the thermosyphon heat exchanger recuperation technology has been chosen. The choice of a working fluid adapted to these temperature levels is one of the crucial points. A literature review identified naphthalene as a potentialfluid for this temperature range. However, because of the lack of information about naphthalene heat pipes, the development of a fundamental test-rig was necessary to fully characterize the thermal behavior and transport capacities of this fluid.A thermosyphon heat-pipe charged with naphthalene in the shape of a smooth stainless steel tube with a diameter of 23.9mm, a length of 1 m (evaporator zone: 20 cm, condenser zone: 20 cm) has been manufactured and tested. The experimental results obtained demonstrate the feasibility of such system in this temperature range and for the thermal powers required.They reveal an unusual behavior of the thermosyphon during the start-up process. In steady state, the analysis deals with the influence of the saturation temperatures, the transferred heat power and the thermosyphon inclination. In terms of performances, the thermal conductance (evaporator, condenser, system) increases with the vapor temperature and decreases with the heat power supplied to the evaporator. The heat flow rate can be applied from 0.2 to 1.5 kW, or 1 to 8W/cm² at the evaporator. During the tests, the system is found to be less sensitive to inclination (0° to 78°), but more important for 84°. In the horizontal position, the thermosyphon operates, but its heat transfer remains high even far away from the thermosyphon mode. A theoretical model has been developed in which the local heat transfer coefficients(evaporator and condenser) are evaluated by different correlations from literature. The comparison with the experimental results allowed to validate the models retained with good agreement, and to make it possible to predict the heat pipe operation for other solicitations.Thus, and finally, a first thermosyphon charged naphthalene recuperator prototype was designed, manufactured and coupled to the "hot gas" line designed and performed in the laboratory. The first results obtained from the complete system allowed us to develop a strategy for heat recovery system on the exhaust line of an automotive application

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Mammeri, Amrid. "Amélioration des performances énergétiques des systèmes de refroidissement industriels : Application aux serveurs informatiques." Phd thesis, Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2014. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01062670.

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Abstract:

Ce travail aborde la problématique des systèmes de refroidissement ou de contrôle thermique industriels. Nous avons particulièrement mis l'accent sur le refroidissement des serveurs informatiques. Une première partie consiste en l'étude des moyens d'amélioration des techniques de refroidissement existantes, tandis que la deuxième partie est une réflexion sur des techniques de refroidissement alternatives potentiellement plus efficaces et répondant aux demandes actuelles du contrôle thermique industriel. Dans le premier chapitre, nous analysons la bibliographie et la théorie relatives aux phénomènes physiques derrière les techniques de refroidissement étudiées. Ensuite, une classification des techniques de refroidissement est proposée en fin de chapitre. Ce chapitre a servi de base pour l'amélioration des technologies de refroidissement existantes et à la réflexion sur de nouvelles techniques plus efficaces. Le second chapitre porte sur l'optimisation d'une plaque froide, destinée au refroidissement des serveurs informatiques, en s'aidant d'un outil numérique et d'essais expérimentaux. Nous avons noté une augmentation des transferts de chaleur dans la plaque froide en utilisant des inserts, notamment ceux en forme de losange disposés en quinconce. A l'inverse, l'utilisation de certains nanofluides en tant que fluides caloporteurs ne semble pas apporter de gain significatif. Dans le troisième chapitre nous détaillons la démarche suivie pour la conception d'un dissipateur de chaleur basé sur une technologie caloducs, destiné au refroidissement des cartes électroniques. En premier lieu, nous présentons le modèle thermohydraulique de dimensionnement d'un caloduc cylindrique ; une étude paramétrique (géométrique, type de fluide,...) nous a permis d'identifier le jeu de paramètres donnant la meilleure performance du caloduc. En second lieu, nous évoquons les tests réalisés sur le dissipateur de chaleur à caloduc qui nous amènent à valider en partie le modèle thermohydraulique développé. Le dernier chapitre porte sur la réalisation et l'étude d'un démonstrateur pour le refroidissement des cartes électroniques par immersion dans un liquide à basse température de saturation. On commence par la mise en place et l'utilisation d'un modèle numérique pour la conception du démonstrateur, puis des tests expérimentaux sont réalisés. Les premiers résultats obtenus en utilisant le SES-36 comme fluide de travail sont assez prometteurs.Mots clés : modélisation, transfert de chaleur, refroidissement, datacenter, liquid-cooling, caloducs, échangeurs, nanofluides, ébullition en vase, simulation numérique

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Barba, Higueras María Asunción. "Study of Meter-scale Horizontal Cryogenic Pulsating Heat Pipes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS224/document.

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Abstract:

Un caloduc pulsé diphasique est un lien thermique composé d'un tube capillaire lisse sous forme de serpentin reliant un évaporateur à un condenseur, séparés par une partie adiabatique. Les conditions de température et de pression du fluide à l'intérieur du caloduc sont proches des conditions de changement de phase. De ce fait, et grâce aux dimensions capillaires du tube, le fluide se distribue en différentes parties liquide et vapeur distribuées de manière alternée. Les instabilités thermo-hydrauliques permanentes sont à l'origine d'un écoulement oscillant qui permet le transfert de chaleur de l'évaporateur jusqu'au condenseur.L'objectif du présent projet de recherche consiste à étudier le comportement thermo-hydraulique de trois caloducs cryogéniques pulsés diphasiques testés avec différents fluides cryogéniques (azote, néon et argon) pour le refroidissement d'aimants à haute température critique. De plus, un code numérique a été développé pour les futures simulations 2D des caloducs pulsés diphasiques.Au cours de ce projet de recherche, de nombreux tests expérimentaux ont été réalisés avec trois fluides cryogéniques différents: azote, néon et argon. Les résultats expérimentaux des tests avec une augmentation de puissance progressive dans l'évaporateur ont révélé des capacités de transfert thermiques très différentes en fonction du fluide, chaque fluide présentant un comportement thermo-hydraulique différent. L'état thermodynamique du fluide lors du fonctionnement stable du PHP et la phase d'assèchement (dry-out) ont été étudiés. Les différences dans le comportement des différents fluides ont été expliquées après l'analyse de leurs propriétés physiques. De plus, les taux de remplissage de fluide dans le PHP donnant les meilleures performances thermiques ont été définis. Ajouté à cela, de nombreux tests réalisés en configuration ouverte (avec le PHP connecté au volume tampon) et en configuration fermé (avec le PHP isolé du volume tampon) ont permis de conclure sur la capacité de régulation du volume tampon en cas de surpression dans le PHP. Aussi, les résultats expérimentaux des longs tests de stabilité ont permis de vérifier la stabilité du système PHP pendant des longues périodes de fonctionnement. Par ailleurs, des tests spécifiques ont été réalisés pour déterminer des conditions optimales de démarrage, l'influence de la température du condenseur dans les performances thermiques du système et l'influence du nombre de tubes en parallèle dans la capacité de transfert thermique du système. Finalement, une série de tests avec une forte puissance thermique imposée au niveau de l'évaporateur imitant une situation de quench dans un aimant supraconducteur ont données des précieuses informations sur les limites thermiques du système. Concernant les simulations numériques, un modèle a été développé avec le solveur Fluent pour des simulations dans une géométrie 2D axisymétrique en utilisant la méthode VOF. La dynamique du fluide dans un tube capillaire a été modélisée et les simulations thermiques ont permis de conclure que les instabilités thermodynamiques restent insuffisantes pour maintenir les oscillations du fluide. Ce modèle est présenté comme une nouvelle plateforme pour de futures modélisations 2D des caloducs pulsés diphasiques
A pulsating (or oscillating) heat pipe (PHP or OHP) is a heat transfer device composed of a single capillary tube bent in many U-turns, connecting an evaporator to a condenser, separated by an adiabatic part. In the PHP, temperature and pressure conditions of the working fluid are close to phase-change conditions. Due to this and to the capillary dimensions of the tube, the fluid is distributed in alternating liquid slugs and vapor plugs. Permanent thermal instabilities in the PHP create the oscillating flow which allows the transfer of heat from one end (the evaporator) to the other (the condenser).The objective of the present work consists in characterizing the thermo-hydraulic behavior of the meter-scale horizontal cryogenic pulsating heat pipes as a cooling solution for space superconducting magnets. To this, several experiments have been conducted in a cryogenic facility containing three different horizontal pulsating heat pipes. In addition, a numerical 2D model has been proposed for future horizontal pulsating heat pipes simulations.During the research project, numerous tests have been performed using three different working fluids: nitrogen, neon and argon. From experimental results of progressive heat load tests it has been possible to compare the maximum heat load transfer capacity of the PHP with each fluid and the corresponding thermal performance. It has also been noticed that each fluid presents a specific behavior concerning the fluid oscillations. In addition, the thermodynamic state of the fluid in operating conditions and the dry-out process have been characterized. Differences between fluid's behaviors have been partly explained by analyzing the evolution of the fluid physical properties related to the movement and the heat transfer capacity. Furthermore, it has been possible to conclude about the relation between the liquid filling ratio in the PHP and its thermal performance, determining the filling ratios giving the highest thermal performances. Moreover, similar tests have been performed in open configuration (with the PHP connected to the buffer volume) and closed configuration (with the PHP isolated from the buffer volume). From this, it has been possible to conclude about the regulation made by the buffer volume in case of overpressure in the PHP. Also, experimental results from long stability tests have confirmed that these pulsating heat pipe are able to work in stable conditions during long periods as a reliable cooling system. In addition to that, specific tests have been done to determine the optimum start-tup conditions, the influence of the temperature of the condenser in the thermal performance and the influence of the number of turns in the global heat transfer capacity. A final series of tests have been achieved with a sudden extra heat load at the surface of the evaporator while the PHP is operating in stable conditions, simulating a quench event of a superconducting magnet. Experimental results gave us precious information about the transient thermal behavior and operating limits of this kind of device during transient heat loads like quench situations. Concerning the numerical part, a numerical model has been proposed for transient simulations with a pressure-based Fluent solver using the Volume of Fluid (VOF) method in a 2D axisymmetric geometry. Certain characteristics of fluid dynamics in capillary tubes have been confirmed. It has also been noticed that thermodynamic instabilities are not enough to generate the fluid oscillations in capillary tubes. Even if the 2D axisymmetric simulation is still at its early stages, several aspects of the models have been validated after analyzing the evolution of different parameters, suggesting that this kind of model can be considered as a new platform for future 2D pulsating heat pipes simulations

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Fourgeaud, Laura. "Analyse de la dynamique du film liquide dans un caloduc oscillant." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY038/document.

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Abstract:

Nous étudions expérimentalement le comportement d'un film liquide, dit de Landau-Levich, lorsqu'il s'évapore dans une atmosphère constituée uniquement de sa vapeur.La dynamique de ce type de film est un paramètre-clef qui gouverne le fonctionnement des caloducs oscillant (en anglais PHP - Pulsating Heat Pipes). Les PHP sont des liens thermiques de forte conductance. Les recherches récentes leur attribuent un pouvoir de refroidissement très élevé, ce qui les rend particulièrement convoités par l'industrie. Leur géométrie est simple : il s'agit d'un tube capillaire enroulé en plusieurs branches entre une partie froide (condenseur) et une partie chaude (évaporateur). Le tube est rempli d'un fluide pur diphasique, c'est-à-dire présent sous la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Lorsque la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur dépasse un certain seuil, les bulles et bouchons commencent à osciller dans le tube, entre les deux parties, ce qui permet au PHP de transférer la chaleur.Notre installation expérimentale représente un PHP dans sa configuration la plus simple, à branche unique. Une interface liquide-vapeur oscille dans un tube de section rectangulaire, et dépose un film liquide à chaque passage. Nous nous intéressons au mécanisme qui permet l'entretien de l'oscillation de l'interface, et fixe sa fréquence. L'équation de mouvement obtenue prend en compte la dissipation visqueuse engendrée par un écoulement oscillant. Dans les modèles actuels de PHP, l'hypothèse d'un écoulement de type Poiseuille est formulée. Or, notre approche montre que l'hypothèse d'un écoulement faiblement inertiel est mieux adaptée, conduit à une dissipation deux fois supérieure.Le dispositif expérimental permet l'observation du film. Une combinaison originale de méthodes optiques permet également de mesurer sa longueur et son épaisseur, et de reconstruire son profil 3D à chaque instant. Nous pouvons suivre l'évolution du film tout au long de sa durée de vie, et ainsi analyser son comportement dynamique. Le film est presque plat (pente inférieure à 0,1°). Sur toute sa longueur, qui est de quelques centimètres, cela correspond à une variation de son épaisseur de moitié, la valeur moyenne étant de 50 microns. Sous l'effet du chauffage, le film se rétracte progressivement. Dès le début de son évaporation, un bourrelet de démouillage est formé sur le pourtour du film, près de la ligne triple. L'apparition de ce bourrelet est caractéristique d'un démouillage visqueux sous conditions de non-mouillage. Ce comportement est surprenant, dans la mesure où nous avons choisi un fluide mouillant parfaitement la paroi en conditions isothermes. A l'échelle nanométrique, au plus près de la ligne triple, l'angle de contact entre le liquide et la paroi est donc très faible. Nous mesurons cependant un grand angle apparent (c'est-à-dire visible à l'échelle millimétrique), qui augmente avec la surchauffe de la paroi. Dès l'augmentation de cet angle, le bourrelet de démouillage se forme, et le film se rétracte. Ce phénomène est expliqué par l'évaporation à l'échelle microscopique. Les résultats expérimentaux sont en accord quantitatif avec la théorie développée par d'autres chercheurs
We experimentally study the behavior of liquid films - so called Landau-Levich films - when they evaporate in their pure vapor atmosphere.The dynamics of this film is a key parameter that rules out the functioning of Pulsating Heat Pipes (PHPs). PHPs are high conductive thermal links. Their heat transfert capability is known to be extremely high. For this reason they are promising for numerous industrial applications. Their geometry is simple. It is a capillary tube bent in several branches that meander between a hot part (called evaporator) and a cold part (called condenser), and filled up with a pure two-phase fluid. When the temperature difference between evaporator and condenser exceeds a certain threshold, gas bubbles and liquid plugs begin to oscillate spontaneously back and forth inside the tube and PHP starts transferring the heat.Our experimental setup features the simplest, single branch PHP. A liquid/vapor interface oscillates in a tube. It deposits a liquid film at each passage. We focus first on the mecanism which makes possible self-sustained interface oscillations and defines its frequency. The obtained motion equation accounts for the viscous dissipation caused by oscillatory flow. In existing PHP modelling, a laminar flow is supposed. Yet, our approach shows that the assumption of weakly inertial flow is preferable and leads to a dissipation rate twice larger that the Poiseuille flow.The experimental setup allows the film visualization. An original combination of optical measurement techniques lets us measure the film length, thickness and 3D-profile at all times. The film evolution has been measured during its whole lifetime. The film is nearly flat (its slope is smaller than 0,1°). The film length is of several centimeters, and the average thickness is 50 microns. Thus, along the total length, its thickness decreases by half. Under heating conditions, the film gradually recedes. A dewetting ridge is formed, near the triple contact line. Such a behavior is typical under non-wetting conditions. At the nanometric scale the contact angle between the liquid and the solid wall is very low. However, we measure a large apparent contact angle (visible at the millimetric scale) which increases with the wall superheating. Once this angle increases, the dewetting ridge is formed and the film recedes. The large apparent contact angle is explained by evaporation in the microscopic vicinity of the contact line. The measured apparent contact angle value agrees quantitatively with theoretical results obtained by other researchers

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Rao, Manoj. "Thermo-hydrodynamics of an extended meniscus as unit-cell approach of pulsating heat pipe." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0080/document.

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Abstract:

Ce travail fait une tentative pour expliquer les oscillations induites thermiquement auto-entretenue d'un système à deux phases constitué d'un liquide-vapeur confinée ménisque isolé (un bouchon de liquide unique attenant à une bulle de vapeur) à l'intérieur d'un tube capillaire circulaire, la longueur du tube être exposé à un gradient de température net, créant ainsi un cycle continu de l'évaporation et la condensation. Ce système représente la simple « unité-cellule" version d'un caloduc oscillant (PHP). La compréhension fondamentale de son comportement de transport menant à oscillations auto-soutenue est essentielle pour la construction des modèles mathématiques jusque-là inexistants du système PHP complet. Tout d'abord, la visualisation des oscillations de l'unité de cellules a été effectuée dans des conditions aux limites thermiques contrôlées. Ici, une compréhension nouvelle et unique de la dynamique du système a été atteint par une synchronisation en temps réel de la mesure de pression interne avec la vidéographie haute vitesse qui a été utilisé pour visualiser et enregistrer les oscillations du ménisque et le mince film de liquide qui est mis sur le mur lorsque le ménisque quitte l'évaporateur. Un modèle numérique a été développé pour le système constitué par un bouchon de vapeur et un bouchon de liquide oscillant dans un tube fermé à une extrémité et relié à un réservoir à une pression constante à l'autre extrémité. Le principe de modélisation avait été posé lors de travaux antérieurs. Quelques modifications ont été jamais moins introduites dans ce travail pour prendre en compte les particularités de la nouvelle expérimental et pour améliorer le liquide modèle film de l'évaporation à la lumière des résultats expérimentaux. Une étude paramétrique a également été réalisée pour comprendre les implications des différents facteurs sur le fonctionnement d'un tel système
This work makes an attempt to explain the self-sustained thermally-induced oscillations of a two-phase system consisting of an isolated confined liquid–vapour meniscus (a single liquid plug adjoining a vapour bubble) inside a circular capillary tube, the tube length being exposed to a net temperature gradient, thereby creating a continuous cycle of evaporation and condensation. This system represents the simplest ‘unit-cell’ version of a Pulsating Heat Pipe (PHP). The fundamental understanding of its transport behavior leading to self-sustained oscillations is vital for building the hitherto non-existent mathematical models of the complete PHP system. First, visualization of the oscillations of the unit-cell has been done under controlled thermal boundary conditions. Here, a unique and novel understanding of the system dynamics has been achieved by real-time synchronization of the internal pressure measurement with high-speed videography that was used to visualize and record the meniscus oscillations and the thin liquid film that is laid on the wall when the meniscus leaves the evaporator. A numerical model was developed for the system consisting of a vapour plug and a liquid slug oscillating in a tube closed at one end and connected to a reservoir at a constant pressure at the other end. The modeling principle had been posed in previous work. Some modifications were never the less introduced in this work to take into account the peculiarities of the new experimental set-up and to improve the liquid film evaporation model in the light of the experimental results. Also a parametric study was carried out to understand the implications of the various factors on the working of such system

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Tran, Thanh-Ha. "Études thermiques du stockeur d'énergie électrique automobile." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0009/document.

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Abstract:

Le but de la thèse est de développer d’une part, une méthode permettant de quantifier la chaleur générée par la cellule de manière précise. D’autre part, il s’agit d’évaluer la performance thermique d’un panel de solutions de refroidissement pour les batteries destinées à des applications HEV/PHEV/EV. La première partie de ce rapport présente une méthode d’estimation de la chaleur globale de la cellule, permettant de prendre en compte la chaleur ohmique et la chaleur entropique. Ce modèle d’estimation de perte est couplé à un modèle thermique 2D afin d’estimer la température de la cellule. La température obtenue par simulation pour une cellule LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/graphite 22 Ah correspond très bien aux mesures expérimentales. Dans la deuxième partie du rapport, la performance thermique de plusieurs solutions de refroidissement (refroidissement à air, refroidissement par matériau à changement de phase (MCP) et refroidissement par caloduc) pour la batterie a été évaluée expérimentalement sous plusieurs puissances de perte et plusieurs conditions de ventilation. Le refroidissement par caloduc s’est révélé d’être une solution efficace, même sous des conditions de ventilation critiques. Quant à la solution de refroidissement par MCP, le prototype qui a été expérimenté a une faible performance thermique. Cela est principalement dû à la faible conductivité thermique de la formulation MCP utilisée. Toutefois, l’utilisation d’autres formulations alternatives de MCP est envisageable. Les résultats de simulation montrent que ces formulations permettraient une amélioration significative de la performance thermique du système de refroidissement par MCP
Lithium-ion batteries, characterized by their high energy and power density, are highly recommended as power sources for electrified vehicles (HEV/PHEV/EV). However, lithium-ion batteries are very sensitive to their environment and are prone to thermal runaway at high temperature. The goals of this thesis are to develop an accurate lithium-ion cell heat loss calculation method and to investigate the thermal performance of several cooling solutions for HEV/PHEV/EV batteries. The first part presents a global heat calculation procedure for lithium-ion cell which takes into account both the polarization heat and the entropic heat. This heat generation model was coupled with a cell two-dimensional thermal model in order to predict the cell’s temperature. Temperature estimations obtained by simulation for a 22 Ah LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/graphite cell showed a very good agreement with experimental results. In the second part, thermal performances of several cooling solutions for HEV/PHEV/EV batteries (air, phase change material (PCM) and heat pipe) were evaluated experimentally under several heat rates and cooling conditions. Heat pipe cooling was found to be a promising cooling solution which works efficiently even under low rate ventilation cooling condition. The experimented PCM cooling system had very poor thermal performance, mainly due to the low thermal conductivity of the used PCM formulation. However, simulations showed that significant improvement could be achieved by using another alternative PCM formulation

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Mezaache, El-Hacene. "Contribution à l'étude d'un caloduc à conductance variable." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37607985r.

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Mezaache, El-Hacene. "Contribution à l'étude d'un caloduc à conductance variable." Grenoble INPG, 1987. http://www.theses.fr/1987INPG0071.

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Abstract:

Analyse de divers modeles publies, en fonction de leurs applications. Elaboration de 2 modeles applicables a un caloduc stationnaire et a pression uniforme (unidimensionnel,bidimensionnel). Comparaison des resultats de calcul, avec resultats experimentaux d'un caloduc a eau avec helium comme gaz non condensable

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Rizk, Rania. "Refroidissement passif de batteries lithium pour le stockage d'énergie." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC228.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude sur le refroidissement passif de batteries lithium-ion. Il se compose de deux grandes parties. La première partie est une étude expérimentale et numérique du comportement thermique d’une batterie et la seconde partie est l’étude expérimentale d’un système passif pour le refroidissement de plusieurs batteries. Un banc d’essais expérimental a été conçu pour suivre l’évolution thermique des batteries soumises à différents courants de sollicitation. Les batteries prismatiques étudiées sont de type LFP et de capacité 60 Ah. Dans un premier temps, le comportement thermique d’une batterie soumise à des cycles de charge / décharge, est caractérisé expérimentalement. Nous montrons que la température n’est pas uniforme à la surface de la batterie et la zone la plus chaude est identifiée. Dans un second temps, un modèle numérique tridimensionnel a été développé pour prédire la température en tout point de la batterie. Ce modèle thermique permet de prédire notamment les températures à l’intérieur de la batterie, non mesurées expérimentalement et ceci, pour différents courants de sollicitation. Les données d’entrée du modèle sont issues des essais expérimentaux et de la littérature. Cette phase de caractérisation thermique de la batterie est essentielle pour la conception d’un système de refroidissement. Enfin, une étude expérimentale d’un système de refroidissement passif basé sur des caloducs et des plaques à ailettes est réalisée. Plusieurs configurations sont testées au fur et à mesure en apportant des améliorations aboutissant enfin à un système à dix caloducs munis de plaques à ailettes verticales au niveau du condenseur combinés à des plaques à ailettes placées sur les faces des batteries
This thesis deals with the passive cooling of lithium-ion batteries. It consists of two large parts. The first part is an experimental and numerical study of the thermal behaviour of a battery and the second part is the experimental study of a passive system for the cooling of several batteries. An experimental test bench was designed to monitor the thermal evolution of batteries subjected to different currents. The prismatic batteries studied are made of lithium-iron-phosphate and have a capacity of 60 Ah. In a first step, the thermal behaviour of a battery subjected to charge / discharge cycles is experimentally characterized. We show that the temperature is not uniform at the surface of the battery and the hottest area is identified. In a second step, a three-dimensional numerical model was developed to predict the temperature at any point of the battery. This thermal model makes it possible to predict in particular the temperatures inside the battery, not measured experimentally and this, for different currents. The model input data are from experimental trials and literature. This phase of thermal characterization of the battery is essential for the design of a cooling system. Finally, an experimental study of a passive cooling system based on heat pipes and finned plates is carried out. Several configurations are tested progressively with improvements leading finally to a system with ten heat pipes with vertical finned plates at the condenser combined with finned plates placed on the faces of the batteries

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Zouitene, Saâd. "Étude numérique et expérimentale du refroidissement des convertisseurs auxiliaires de puissance dans les trains par convection naturelle, film liquide et caloduc." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0016/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude et l’optimisation du refroidissement des convertisseurs électriques de puissance (CVS) utilisés dans les trains. Ces composants de grandes dimensions sont lourds, bruyants, et représentent un gouffre énergétique à cause de leur système de refroidissement composé de ventilateur. Nous analysons d’autres types de refroidissements économiques et efficaces. Nous étudions numériquement sous Comsol Multiphysics le refroidissement des CVS par convection naturelle en utilisant l’effet cheminée et par film liquide en exploitant le changement de phase pour évacuer le maximum de chaleur. Les résultats numériques sont validés avec les résultats issus de la littérature et ceux obtenus expérimentalement grâce à un dispositif réalisé pour cette étude. Les résultats obtenus ont permis de constater que la convection naturelle n’est pas suffisante pour évacuer la chaleur et que le refroidissement par film liquide représente une solution très efficace. Nous avons aussi étudié expérimentalement l’efficacité du refroidissement par caloducs. L’influence de la répartition de la chaleur a aussi été analysée pour optimiser l’emplacement des composants électroniques dans le CVS. Une comparaison générale de tous les résultats a permis de proposer le système le plus optimiser en fonction des paramètres choisis
This thesis is about a study and optimization of the cooling electric power converters (CVS) used in trains. These components are heavy, noisy, and are not energetically efficient. We analyze other types of economic and efficient cooling. We used Comsol Multiphysics to study numerically CVS cooling by natural convection using the chimney effect and liquid film by exploiting the phase change to evacuate heat. The numerical results are validated with the results from literature and those obtained experimentally. The results have shown that natural convection is not sufficient to evacuate the heat and the cooling by liquid film represents an interesting solution. We also studied experimentally the effect of the heat pipe cooling. The influence of the heat distribution was also analyzed to optimize the location of the electronic components in the CVS. A general comparison of all results was proposed to optimize the cooling system

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Gourdache, Mounir. "Etude du fonctionnement d'un caloduc soumis à des forces externes." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2354.

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Abstract:

Cette etude constitue une contribution a une meilleure connaissance des phenomenes regissant le fonctionnement des caloducs elle associe une analyse phenomenologique tres detaillee, etayee par des calculs analytiques, de la modelisation numerique et une experimentation originale. Il s'agit en fait de maitriser les differentes interactions (transferts diphasiques, aspects conjugues ; perte de charge et variation du rayon du menisque), et notamment celle d'une gravite artificielle venant se combiner avec la gravite naturelle, sur un caloduc en fonctionnement, primitivement destine a equiper la navette hermes. L'ecoulement de la vapeur et celui du liquide dans la structure capillaire sont etudies avec soin: plusieurs approches sont mises en uvre afin de determiner la variation du rayon capillaire tout au long des rainures axiales du caloduc et d'apprecier correctement son influence sur les capacites de transport en flux thermique avant blocage thermique du caloduc. Une experience statique, simple et originale, vient corroborer ces resultats avec, au detour, la mise en evidence de l'effet marangoni dans l'ecoulement d'un fluide non isotherme a l'interieur d'une rainure, ecoulement du aux seules forces capillaires prenant naissance au niveau du menisque. Les resultats de toutes ces etudes locales a caractere phenomenologique ont ete integres dans un developpement nouveau, visant a construire un modele systeme de caloduc, destine a etre insere dans des configurations plus complexes, ou le caloduc n'apparait que comme un sous ensemble. Enfin, une phase experimentale consequente, permettant de recreer des accelerations par l'intermediaire d'une mise en rotation du systeme complet (caloduc, systeme de chauffage, de refroidissement et de mesure), a permis de valider les travaux theoriques effectues

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Dissertations / Theses on the topic 'Caloducs'

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