EFFETS DES NANO- ET MICRO-STRUCTURATIONS DE SURFACE SUR LE TRANSFERT THERMIQUE EN ÉBULLITION

Abstract

Septembre 2010This work investigates the flow boiling heat transfer in microchannels with the aim of developing compact cooling systems which can be adapted to miniaturized power components. Nano and micro-surface treatments were used as innovative techniques to improve the heat transfer performance as well as to delay the intermittent dryout. Initially, pool-boiling experiments were performed to highlight the impact of nanocoatings on nucleate-boiling mechanisms. It was observed that the surface wettability modified by nanoparticle deposition had significant effects on the boiling processes. Afterwards, a second experimental campaign was conducted to investigate the flow boiling in a microchannel with nanocoated and microstructured samples. These studies highlighted the impacts of surface wettability and of micro-patterning on two-phase flow patterns, pressure drop and heat transfer coefficient. In particular, significant enhancements in heat transfer coefficient and in intermittent dryout were obtained with micro-structured samples.Ce travail concerne l'étude du transfert thermique par ébullition dans des microcanaux avec l'objectif de développer des systèmes thermiques compacts adaptés aux composants de puissance miniaturisés. Les techniques de nano- et micro-structurations de surface ont été utilisées comme des méthodes novatrices pour améliorer les performances de transfert thermique ainsi que pour retarder l'assèchement intermittent qui apparaît dans les microcanaux. Dans un premier temps, des expériences d'ébullition en vase ont été réalisées afin de mettre en évidence l'impact d'un revêtement à l'échelle nanométrique sur les mécanismes d'ébullition nucléée. Il a été observé que la mouillabilité de surface, qui est modifiée par le dépôt de nanoparticules, a des effets significatifs sur les processus d'ébullition. Dans un deuxième temps, une campagne expérimentale a été réalisée pour étudier l'ébullition convective dans un microcanal avec des échantillons nano- et microstructurées. Ces études ont mis en évidence les effets de la mouillabilité et de la microstructuration de surface sur les régimes d'écoulement, les pertes de charge et le coefficient de transfert thermique. En particulier, de fortes améliorations du coefficient de transfert thermique et le retard d'assèchement intermittent ont été obtenus avec des surfaces microstructurées