Contribution à l'étude des transferts thermiques au sein des caloducs rainurés (identification de la position du front d'assèchement)

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.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Investigations of the thermal performance of a cylindrical wicked heat pipe

International audienceThe effect of wick structure on the performance of capillary‐driven heat pipes is analyzed numerically. Three types of wick structure are investigated: copper screen, sintered steel, and sintered copper. Using lattice Boltzmann method, the entire heat pipe is modeled including heat transfer through the wall and heat and mass transfer in the liquid‐wick and vapor regions. Comparison between the present model and analytical results available in the literature shows excellent agreement. The liquid velocity profiles and temperature distribution in the wall are also presented for different working fluids and discussed. Comparison is made between performance of heat pipes with different wick structures and working fluids. Results indicate better performance, with a factor up to 1.7, of heat pipes using water as working fluid with sintered copper structure than with other wick structures. In addition, it is found that the larger the liquid's radial velocity, the less the thermal resistance at given heat input power. Both a simple equivalent resistance circuit and numerical data suggest strongly that the most impactive fluid properties on the heat pipe performance seem to be the latent heat of vaporization, the molecular mass, the change rate of the saturation pressure with respect to temperature, and the conductivity of its liquid phase