Génératrice à aimants permanents à flux axial à grand diamètre avec entrefer immergé

Cette étude propose une méthode de modélisation et de conception adaptée aux machines à flux axial et à Double Stator (poly-entrefer) destinée à être intégrée comme génératrice pour une hydrolienne RIM-DRIVEN de grande puissance. La particularité du concept RIM-DRIVEN ou à entrainement circonférentiel réside dans le fait que la machine électrique se situe sur la périphérie de l’hélice. De plus, dans cette étude, l’entrefer de la machine est considéré immergé dans l’eau de mer. Les particularités du système imposent de mettre au point des modèles de dimensionnement adaptés. Ainsi, un modèle électromagnétique analytique 2D inversé permettant le calcul des dimensions géométriques principales est présenté. De même, un modèle thermique spécifique aux machines à entrefer immergé est décrit. Ces modèles permettent d’estimer la masse et le coût des parties actives. Cette machine à flux axial est comparée en termes de coûts matières, masses et comportement thermique avec une machine à flux radial à aimants permanents dimensionnée pour un même cahier des charges. Il en ressort clairement que la machine à flux axial double stator est thermiquement moins contrainte que les machines à simple stator

Optimisation des performances thermiques et hydrauliques d'un nanofluide à base de nanotubes de carbone dans un dissipateur de chaleur à microcanaux rectangulaires

International audienceCe travail s'attache à étudier l'optimisation d'un dissipateur de chaleur à microcanaux rectangulaires en utilisant un nanofluide à base de nanotubes de carbone comme liquide de refroidissement. La concentration massique de nanotubes de carbone utilisée dans cette étude est 0,01%. La masse volumique, la conductivité thermique et la viscosité dynamique du nanofluide sont mesurées expérimentalement afin d'évaluer la résistance thermique et la puissance de pompage dans le dissipateur de chaleur en régime laminaire. L'optimisation des performances thermiques (résistance thermique) et des pertes de charge (puissance de pompage) est basée sur l'algorithme génétique multi-objectifs NSGA-2 (Non Dominated Sorting Algorithm 2). Les effets de la température, des dimensions des canaux et l'utilisation du nanofluide à base de nanotubes de carbone sur la résistance thermique et la puissance de pompage sont étudiés. Les résultats montrent que l'utilisation optimisée du nanofluide étudié permet de réduire la résistance thermique totale et peut améliorer significativement les performances thermiques du fluide de refroidissement à haute température

Pré Dimensionnement d’une machine à flux axial à double stator pour un cahier des charges d’une hydrolienne à entraînement circonférentiel

Dans la présente étude une structure de machine à flux axial à double stator est présentée, un modèle électromagnétique de pré dimensionnement au premier ordre est décrit pour cette structure. Les dimensions principales de cette machine ainsi qu’un modèle thermique sont présentés pour un cahier des charges d’hydrolienne Rim-Driven. Ces structures originales d’hydroliennes, qui ont fait l’objet de précédentes études au laboratoire (IRENav), sont caractérisées par le fait que les parties actives de la machine se situent sur la périphérie de l’hélice. Les volumes des matériaux actifs et le comportement thermique de la machine axiale sont comparés avec une machine radiale à aimants permanents dimensionnée lors de travaux précédents. Cette première étude, montre un intérêt pour ce type de structures poly-entrefer, notamment en termes de compacité. En effet, l’étude démontre que ces machines sont caractérisées par un comportement thermique moins contraignant

Investigation expérimentale de la résistance thermique d’un nouveau type de thermosiphon dissipateur de chaleur

Les opérateurs de centres de données sont sans cesse à la recherche de méthodes plus efficaces pour refroidir leurs composants électroniques, et ce, pour des raisons environnementales et économiques. Cette étude contribue à résoudre cette problématique en caractérisant les performances thermiques d’un nouveau concept prometteur de thermosiphon de type reflux adapté au refroidissement de serveur d’électronique, nommé thermosiphon à ébullition en piscine et condensation confinée. L’état de l’art des thermosiphons et du refroidissement en centre de données a permis d’identifier les paramètres les plus pertinents à étudier et la méthode pour le faire. D’abord, les performances thermiques sont évaluées en termes de résistances thermiques et de limites causant la défaillance du système. Ensuite, les paramètres influençant les performances thermiques des thermosiphons ont été regroupés selon deux familles : les paramètres d’opération et de conception. Parmi les paramètres abordés, ceux choisis pour être sujets à l’étude sont la puissance thermique dégagée, la puissance consommée par le ventilateur, l’aire de la surface d’ébullition et le volume du condenseur. Les résistances thermiques de quatre différents prototypes de thermosiphon à ébullition en piscine et condensation confinée ont été mesurées pour des charges thermiques de 200 à 500 W et des puissances investies au ventilateur de 2,5 à 18 W. La résistance thermique de l’élément chauffant-à-l’air a été décomposée en trois résistances thermiques intermédiaires : élément chauffant-au-liquide (1), liquide-au-condenseur (2) et condenseur-à-l’air (3). Pour chaque résistance intermédiaire, une formule ajustée aux données expérimentales a été développée pour estimer la valeur de la résistance en fonction des quatre paramètres à l’étude. Les principales observations ayant permis de produire les formules sont : • La résistance (1) dépend de la charge thermique et de l’aire d’ébullition. • La résistance (2) est négligeable par rapport aux deux autres. • La résistance (3) dépend du volume du condenseur et de la puissance au ventilateur. Le modèle permettant d’estimer la résistance thermique de l’élément chauffant-à-l’air est la somme des trois formules. La formule possède une incertitude relative moyenne de 3,4% et une déviation maximale de 10% lorsqu’on compare ses estimations avec les résultats expérimentaux des prototypes testés

Caractérisation thermique des matériaux pour mémoires à changement de phase à haute température et échelle submicrométrique.

Les PCM (Phase Change Memory) développés par l’industrie microélectronique utilisent des verres chalcogénures des systèmes Ge-Sb-Te pour assurer le stockage de données informatiques par changement de structures cristallines. Le principe de stockage de l'information repose sur la différence de résistivité électrique entre l’état amorphe et l’état cristallin de ces verres, le passage entre ces différents états s’effectuant par chauffage (effet Joule). Il est fondamental, afin de maîtriser ces phénomènes de changement de phase pour le stockage des données, de connaître les propriétés thermiques de ces matériaux. On mesure ainsi la conductivité thermique de couche mince de faible épaisseur (100 nm – 800 nm) sur une plage de température de 25°C à 400°C. La résistance d’interface entre le GST et le diélectrique utilisé dans les PCM (ici du SiO2) est aussi estimée

Etude de la solidification rapide d'une lamelle métallique en contact imparfait avec un substrat céramique

International audienceCe travail s'intéresse au problème de solidification de matériaux bicouche en régime transitoire, dont les propriétés thermophysiques dépendent de la température. Le modèle numérique utilisé est basé sur une approche enthalpique pour résoudre le problème de changement de phase dans chacun des matériaux en présence. Les résultats sont présentés pour plusieurs paramètres tel que l'épaisseur de la lamelle, la résistance thermique de contact, la nature des matériaux et leurs températures à l'impact

Modèle d'impact de gouttes chaudes sur un substrat solide froid

Les particules projetées par plasma d'arc sont généralement de taille micrométrique (comprises en général entre 10 et 100 μm) en projection conventionnelle et leur vitesse d'impact s'étend de 50 à 350 m/s. Les temps caractéristiques pour la formation d'une lamelle sont de l'ordre de la microseconde : moins de 5 μs pour la durée d'étalement de la particule fondue avec une solidification qui peut commencer avant la fin de l'étalement et se poursuit en général entre 0,8 et 10 μs après l'impact, et. [11]. Il s'agit ici d'étudier numériquement le couplage complexe par un modèle qui sera validé en comparaison avec des résultats d'étalement de particules de grande taille et à faible vitesse d'impact (<1 m/s)

Refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur : limites de l'approche constructale

International audienceLa répartition optimale, à l'aide de la théorie constructale, d'un matériau hautement conducteur à l'intérieur d'un volume fini générant de la chaleur est un véritable paradigme. Pourtant, il est difficile de comparer les structures entre-elles du fait du déterminisme de l'approche qui induit des géométries dont les caractéristiques dimensionnelles extérieures diffèrent. Cette étude propose une façon originale de contraindre l'approche constructale au sein d'un volume aux dimensions externes préalablement fixées. Dès lors, cette technique permet de quantifier l'influence de la complexification du réseau de refroidissement sur son efficacité. Les conclusions de l'étude soulignent l'absence de corrélation entre ces deux paramètres

Calcul du coefficient de constriction du flux thermique dans une matrice d'interconnexions en micro-électronique

La modélisation du flux thermique à travers une matrice d’interconnexions par éléments finis inclut de manière générale la modélisation complète d’au moins un élément d’interconnexion dans son intégralité. Ce procédé de discrétisation numérique étant très couteux en temps, des modèles mathématiques prenant en compte la géométrie de l’interconnexion et les propriétés des matériaux permettent de remplacer l’interconnexion et l’éventuel matériaux de remplissage par une couche équivalente homogène afin de diminuer le temps de calcul. Ces formules introduisent un paramètre appelé paramètre de constriction qui aide à représenter la résistance thermique due à la constriction du flux par l’élément d’interconnexion. Cependant, en comparant les modèles simplifiés aux modèles avec une modélisation complète de l’interconnexion, il est apparu que les résultats numériques obtenus présentent des écarts. Il en a donc été déduit que les formules pour calculer le paramètre de constriction n’étaient pas les mieux adaptées pour les géométries complexes des éléments d’interconnexions qu’il fallait représenter pour ce projet. Ce projet de maîtrise présente l’influence sur les simulations des différents paramètres géométriques (épaisseur de l’interconnexion, volume de l’élément d’interconnexion, densité du maillage défini par le nombre d’éléments d’interconnexions, présence d’un défaut d’alignement entre les deux parties à connecter) et des matériaux (différence de conductivité entre l’élément d’interconnexion et le matériau de remplissage)

Refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur : analyse du processus constructal

International audienceLe problème initial abordé par la théorie constructale envisage l'allocation optimale de matériau hautement conducteur à l'intérieur d'un volume fini générant de la chaleur. L'un des enjeux fondamentaux de la théorie constructale est le déterminisme introduit dans le processus de construction de la solution, bien que de nombreux travaux montrent que cette solution soit non optimale. Après avoir reprécisé les hypothèses physiques utilisées habituellement, cette étude met en exergue certains points analytiques présentant un potentiel d'amélioration vers un optimum. Dans ce cadre, la production de chaleur au sein du matériau hautement conducteur, ainsi que la porosité du volume fini, sont examinées avec une attention particulière