Analyse de la dynamique du film liquide dans un caloduc oscillant
Laura Fourgeaud
DSM/INAC/SBT
Mardi 20/09/2016, 14h00-16h00
Amphithéâtre Daniel Dautreppe, CEA-Grenoble

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Cette thèse présente notre étude expérimentale du 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 du fonctionnement des caloducs oscillant (en anglais : Pulsating Heat Pipes, ou PHP). 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, 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 sommes intéressés dans un premier temps au mécanisme qui permet l'entretien de l'oscillation de l'interface, et fixe sa fréquence.

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.

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 et en l’absence de chauffage. Ce comportement est surprenant, dans la mesure où nous avons choisi un fluide mouillant parfaitement la paroi en conditions isothermes, et nous en proposons une explication.

Contact : Michel BENINI

 

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