Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente le principe de fonctionnement de deux types de systèmes diphasiques de contrôle thermique, à savoir les microcaloducs (ainsi que les diffuseurs thermiques diphasiques qui sont une technologie dérivée de ces systèmes) et les caloducs oscillants. Des exemples de mise en œuvre sont également proposés. Le fonctionnement des caloducs oscillant est complexe et encore mal compris. C'est pourquoi il n'existe pas à ce jour de modèle complet de ces systèmes ni d'outil de dimensionnement fiable, mais uniquement des indications générales empiriques pour évaluer leur plage de fonctionnement. Par contre, en ce qui concerne les microcaloducs et les diffuseurs, un modèle analytique relativement général est détaillé. A l'aide d'un simple tableur informatique, ce modèle permet de calculer le champ de température dans le système en fonction des conditions imposées de flux thermique et des données géométriques du caloduc, ainsi que la puissance thermique transférable maximale.
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This article deals with two kinds of phase-change systems for thermal management, namely micro-heat pipes (and two-phase heat spreaders that are to be seen as an extension of micro-heat pipes) and pulsating heat pipes. The operating principles and various examples of the application of these technologies are described. The operation of pulsating heat pipes is complex and still poorly understood. It is for this reason that neither a model nor a numerical design tool is currently available. On the contrary, a relatively general model for the design of micro-heat pipes is presented. This model can be implemented using a simple spread sheet to determine the temperature field in the heat pipe and the maximum transferable heat rate as a function of the geometrical characteristics and thermal boundary conditions.
Auteur(s)
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Jocelyn BONJOUR : Professeur à l'INSA de Lyon - CETHIL UMR5008 CNRS – INSA – Université Lyon 1
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Frédéric LEFÈVRE : Professeur à l'INSA de Lyon - CETHIL UMR5008 CNRS – INSA – Université Lyon 1
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Valérie SARTRE : Maître de Conférences HDR à l'INSA de Lyon - CETHIL UMR5008 CNRS – INSA – Université Lyon 1
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Yves BERTIN : Professeur à l'ENSMA - Institut Pprime UPR3346 CNRS – ENSMA – Université de Poitiers
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Cyril ROMESTANT : Ingénieur de Recherche au CNRS - Institut Pprime UPR3346 CNRS – ENSMA – Université de Poitiers
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Vincent AYEL : Maître de Conférences à l'ENSMA - Institut Pprime UPR3346 CNRS – ENSMA – Université de Poitiers
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Vincent PLATEL : Maître de Conférences HDR à l'Université de Pau et des Pays de l'Adour - LaTEP, Université de Pau et des Pays de l'Adour -
INTRODUCTION
Les caloducs capillaires conventionnels et les thermosiphons diphasiques, décrits dans le dossier [BE 9 545], sont des systèmes de contrôle thermique bien maîtrisés. Ils ont connu un fort développement depuis les années 1960-1970, ont été mis en œuvre pour de nombreuses réalisations pratiques dans les années 1990, et peuvent être maintenant considérés comme des technologies matures. Néanmoins, ils présentent un certain nombre de limitations, liées aux structures capillaires ou aux caractéristiques des écoulements liquide-vapeur qui régissent leur fonctionnement.
Le développement de l'électronique impose avec le temps une miniaturisation des systèmes à refroidir toujours plus exigeante, tandis que les puissances thermiques à dissiper augmentent. Il s'ensuit une augmentation extrêmement rapide des densités de flux à transférer, qui atteignent aujourd'hui des valeurs qui ne sont plus compatibles avec la technologie des caloducs conventionnels. De plus, leurs performances en matière d'homogénéisation des champs de température sont parfois trop faibles vis-à-vis des contraintes industrielles.
C'est pour répondre à ces nouveaux enjeux que sont apparus de nouveaux concepts de systèmes de refroidissement diphasiques comme les microcaloducs et diffuseurs thermiques diphasiques, ou encore les caloducs oscillants, abordés dans ce dossier. Un autre concept a également connu un fort développement, notamment pour des applications spatiales, à savoir les boucles diphasiques qui constituent l'objet du dossier [BE 9 546]. Toutes ces technologies sont actuellement à un stade de développement, de validation de prototypes, ou de réalisations de courtes séries.
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Conclusion2. Caloducs oscillants
2.1 Principes de fonctionnement
Un caloduc oscillant est un système de transfert diphasique passif composé de plusieurs boucles interconnectées les unes aux autres provenant d'un seul et même tube lisse de dimension capillaire (figure 16).
Ce tube est partiellement rempli d'un fluide caloporteur qui prend naturellement la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Cette séparation de phases résulte principalement des forces de tension superficielle. Lorsque le caloduc oscillant est chauffé à une extrémité et refroidi à l'autre, les écarts de température résultants génèrent des fluctuations de pression à la fois temporelles et spatiales, elles-mêmes associées à la génération et à la croissance de bulles de vapeur dans l'évaporateur et à leur implosion dans le condenseur. Ces fluctuations agissent comme un système de pompage permettant de transporter le liquide et les bulles de vapeur piégées par un mouvement de fluide complexe, souvent qualifié d'« oscillant » et, par conséquent, une quantité de chaleur associée.
L'idée originale du concept de caloduc oscillant a été déposée dans le brevet de Smyrnov et Savchenkov en 1975, le dispositif n'étant composé que d'une seule branche reliant le volume de l'évaporateur à celui du condenseur. En revanche, l'exploitation de ce concept élargi à plusieurs branches du point de vue de l'ingénierie a largement été réalisée par Akachi entre les années 1990 et 1996.
Comme pour les autres systèmes précédemment étudiés dans ce dossier, un des intérêts majeurs des caloducs oscillants réside dans leur caractère passif, c'est-à-dire ne nécessitant pas d'élément mécanique pour assurer leur fonctionnement. Mais au-delà de cette caractéristique, les caloducs oscillants présentent une grande simplicité de réalisation et une réelle souplesse d'utilisation. Contrairement aux autres systèmes, si la chaleur latente est une propriété thermophysique...
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Caloducs oscillants
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WANG (Y.), PETERSON (G.) - Analysis of wire bonded micro heat pipes arrays. - J. Thermophysics and Heat Transfer, 16, p. 346-355 (2002).
-
(2) - MOON (S.), HWANG (G.), KO (S.), KIM (Y.) - Experimental study on the thermal performance of micro heat pipe with cross-section of polygon. - Microelectronics Reliability, 44, p. 315-321 (2004).
-
(3) - AVENAS (Y.), GILLOT (C.), SCHAEFFER (C.) - Caloducs plats en silicium pour composants électroniques. - Techniques de l'Ingénieur (2004).
-
(4) - LAUNAY (S.) - Performances thermiques de microcaloducs usinés dans du silicium. Modélisation et étude expérimentale. - Thèse de doctorat, INSA de Lyon (2001).
-
(5) - LALLEMAND (M.), LEFÈVRE (F.) - Micro/mini heat pipes for the cooling of electronic devices. - Proc. 13th Int. Heat Pipe Conference, Shanghai, Chine, p. 12-22, 21-25 sept. 2004.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
International Heat Pipe Conference (IHPC). Périodicité : 2 à 3 ans
14e édition : Florianopolis, Brésil, 22-27 avril 2007 http://www.lepten.ufsc.br/ ~14ihpc
15e édition : Clemson (SC), USA, 25-30 avril 2010 http://www.clemson.edu/15ihpc
16e édition : Lyon, France, Printemps 2012
17e édition : Kanpur, Inde, Automne 2014
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Advanced Cooling Technologies (ACT), USA http://www.1-act.com/fact.html
ATHERM, France http://www.atherm.com
Bosari Thermal Management, Italie http://www.bosari.com/
CIAT, France http://www.ciat.fr
EADS Astrium, France http://www.astrium.eads.net
Euro Heat Pipe (EHP), Belgique http://www.ehp.be
Ferraz...
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