Experimental study and modelling of a capillary pumped loop assisted with a mechanical pump
Étude expérimentale et modélisation d'une boucle de refroidissement à pompage hybride capillaire mécanique
Résumé
This work presents a study on the pump assistance of a capillary two-phase loop. This coupling should permit to extend the operating range of these loops to environments with demanding thermal and mechanical specification as it exists in aerospace applications. An experimental bench has been developed in order to investigate the coupling behavior of a CPL (Capillary Pumped Loop) and a centrifugal pump in series. We found that the possibility to extend the pumping capacity from 10 kPa to 60 kPa, i.e. far further than the evaporator limit (capillary limit). Thermal performance were increased by the additional sub-cooling from the pump. This coupling robustness was also observed during the application of severe solicitations (power cycle, start-up). The system modeling showed that the vapor percolation/condensation process at the inlet of the evaporator significantly affected the evaporator dynamics so that the reduction of these mechanism is decisive in order to optimize the system control. In a last part, preliminary results obtained for a pump placed at the reservoir inlet were presented. We found that in this case, the system control became more difficult because of the liquid mass redistribution between condenser and reservoir. However, modeling identified stabilizing factors (condenser performance, pressure drop, pump characteristic) which could permits the pump assistance of LHP (Loop Heat Pipe).
Ce travail présente une étude d'hybridation d'une boucle diphasique à pompage capillaire avec une pompe centrifuge. Ce couplage doit permettre d'étendre l'utilisation de ces boucles à des environnements fortement contraints thermiquement et mécaniquement comme on en trouve dans le contexte de l'aérospatial. Un banc expérimental a été développé afin d'explorer le comportement d'un couplage en série d'une CPL (Capillary Pumped Loop) avec une pompe centrifuge en amont de l'évaporateur. Nous avons montré qu'il est possible d'étendre la capacité de pompage de 10 kPa à 60 kPa, soit bien au delà de la limite intrinsèque de l'évaporateur (limite capillaire). Les performances thermiques sont augmentées par le sous-refroidissement supplémentaire apporté par la pompe. La robustesse de ce couplage a été également démontrée lors de l'application de fortes sollicitations (cycle de puissance, phase de démarrage). La modélisation du système a révélée qu'une optimisation du contrôle passe notamment par la maîtrise des phases de percolation/condensation de la vapeur en amont de l'évaporateur. Dans une dernière partie, les résultats préliminaires obtenus lorsque la pompe centrifuge est placée en amont du réservoir sont présentés. Nous avons montré que dans ce cas, le contrôle est rendu difficile par la redistribution du liquide entre le condenseur et le réservoir. Cependant, la modélisation a permis d'identifier plusieurs effets stabilisant (performances du condenseur, pertes de charge, caractéristique de pompe) qui pourraient autoriser l'hybridation des LHP (Loop Heat Pipe).
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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