CRYOLOOP

Dans le cadre des études du LHC et avec le financement du CERN, une étude expérimentale de l'écoulement diphasique de l'hélium superfluide a été conduite au SBT. Les photos ci-dessous montrent l'assemblage de la ligne de 22 m de long permettant l'étude.

Ligne de Cryoloop

En parallèle, nous avons développé un model d'écoulement diphasique (voir figure ci-dessous) basé sur les équations de conservation de masse, de vitesse et d'énergie pour les deux phases. Ce modèle est prédictif et précis en ce qui concerne les pertes de charge.

Comparaison entre mesures et modèle

En ce qui concerne les mesures d'échange de chaleur et de surface mouillée associée, des écarts entre le modèle et les résultats expérimentaux ont été mesurés pour de grandes vitesses de vapeur. Pour comprendre la physique, nous avons développé avec le CNRS une instrumentation spécifique incluant de la visualisation, de la diffusion de lumière laser dans le cas d'écoulement en gouttes, mais aussi un analyseur Doppler de particules pour mesurer la taille et la vitesse des gouttes. Les résultats obtenus sont résumés sur la figure suivante.

Brouillard

Pour les faibles vitesses de vapeur, et en raison de ratios important entre les densités de vapeur et de liquide, les deux phases sont séparées, le liquide sous la vapeur. En outre, l'écoulement de la vapeur tend à occuper la pleine section même dans le cas où l'écoulement massique vapeur n'est pas dominant. Lorsque la vitesse de l'écoulement vapeur augmente, l'interface liquide/vapeur reste à un niveau très bas. Au dessus de l'interface, et jusqu'au centre de la ligne d'écoulement, on peut trouver un brouillard dû aux gouttes liquides. Ces gouttes sont utiles pour augmenter la surface mouillées sans trop diminuer la perte de charge.

En conclusion, les résultats obtenus sur l'écoulement diphasique de l'hélium superfluide (pas d'instabilité pour l'écoulement diphasique co-courant, gradient de températures suffisamment réduits pour refroidir correctement les aimants) valident cette solution pour le refroidissement des aimants supraconducteurs du LHC. De plus, dans le cadre de la mise à niveau du LHC, l'utilisation de secteurs plus petits avec de hautes vitesses d'écoulement vapeur remplissent également les besoins.

 

Maj : 17/08/2010 (708)

 

Retour en haut