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Theses Year : 2014

Experimental and numeriacal analysis of a gravity capillary pumped loop with several evaporators

Analyse expérimentale et par voie de modélisation d'une boucle gravitaire à pompage capillaire multi-évaporateurs

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Nicolas Blet

Abstract

Two-phase fluid capillary pumped loop (TFCPL) have been identified as heat transfers alternative solutionsfor thermal control of power electronics, in the context of ground transportation. A special gravityloop has been improved to adapt TFCPL capacity to these new terrestrial constraints. Experimentaland numerical investigations have proved the great potential of this kind of system and lead today toits upcoming industrial use.The aim is now to employ this new system as « thermal busbar ». A new experimental loop withthree parallel evaporators was built to go further into the earlier studies. Thanks to many measurementinstruments, the goal is to define steady and transient thermohydraulic responses to a power solicitationwith a mono- or multi-evaporators loop. Results highlight many coupling between evaporators, reservoirand condenser, especially during strong transient phases. The thermal control of power electronics, withdifferent range of thermal dissipation on several separate areas, is furthermore demonstrated.The developed modeling is based on nodal method. Transient thermohydraulic behaviour of the gravityloop is very well predicted by numerical results during nominal operating, with one or more evaporators.Even if evaporators and reservoir models are still simplified and depend on empirical identifications, theglobal model of the loop proves to be a great design and analysis tool.
Les boucles fluides diphasiques à pompage thermo-capillaire (BFDPT) ont été identifiées comme des solutions de transport de chaleur alternatives dans le contexte des transports terrestres, afin de répondre au contrôle thermique de l’électronique de puissance. Le développement d’une architecture particulière de boucle, mettant à profit la gravité, a été mené afin d’adapter la capacité des BFDPT à ces nouvelles contraintes. Les investigations expérimentales et numériques ont permis de montrer le fort potentiel de ce nouveau système et amènent aujourd’hui à sa future utilisation industrielle.La conception d’une nouvelle boucle expérimentale avec trois évaporateurs, en parallèle, a pour objectif d’élargir son utilisation comme « bus thermique ». Le banc expérimental, finement instrumenté, a pour but d’approfondir les études antérieures et de caractériser les réponses de cette boucle à une application de puissance, en régime permanent et transitoire, avec un ou plusieurs évaporateurs. L’analyse des résultats obtenus met en évidence les nombreux couplages entre évaporateurs, réservoir et condenseur,notamment lors de phases transitoires sévères, et confirme la capacité du système à gérer le contrôle thermique de l’électronique quelles que soient les puissances appliquées sur les différents composants.Les résultats du travail de modélisation, basée sur la méthode nodale, s’avèrent prédire correctement le comportement thermohydraulique transitoire de la boucle, en fonctionnement nominal, en mode mono ou multi-évaporateurs. Malgré une représentation des évaporateurs et du réservoir encore simplifiée et tributaire de l’expérience, le modèle se révèle être un très bon outil de dimensionnement et d’analyse.
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Dates and versions

tel-01127542 , version 1 (07-03-2015)

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  • HAL Id : tel-01127542 , version 1

Cite

Nicolas Blet. Analyse expérimentale et par voie de modélisation d'une boucle gravitaire à pompage capillaire multi-évaporateurs. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2014. Français. ⟨NNT : 2014ESMA0026⟩. ⟨tel-01127542⟩
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