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Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les échangeurs de chaleur à changement de phases vapeur-liquide sont très utilisés dans plusieurs applications industrielles. Dans le cas des condenseurs, l’efficacité énergétique de ces échangeurs peut être limitée à cause du problème d’engorgement de la phase liquide par l’écoulement de la vapeur en contre- courant. Ce phénomène d’engorgement empêche l’évacuation du condensat et augmente la résistance thermique aux transferts de masse et de chaleur. Dans cet article, on présente une étude expérimentale sur les limites d’engorgement pour un écoulement adiabatique air-eau en contre-courant dans un tube. Les résultats d’essais sont présentés et analysés pour différents débits d’écoulement d’eau et pour deux positions du tube testé : verticale et inclinée.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; France Télécom déploie des armoires de télécommunication pour les stations de téléphones mobiles. La puissance maximale qu’il est possible de dissiper dans ces armoires est assez limitée afin de respecter la norme Européenne ETSI (European Télécommunication Standards Institute). Malheureusement, cette puissance limite également le nombre de clients qu'il est possible de connecter aux services des réseaux mobiles. L’utilisation d’un moyen de réguler ou de climatiser est devenue incontournable afin de garantir le bon fonctionnement ; ceci en accord avec la politique de développement durable France Telecom. Une boucle diphasique est développée pour assurer le refroidissement et le contrôle des températures d’équipements de télécommunications dans les armoires de trottoir. Cette boucle comprend un évaporateur et un condenseur reliés entre eux par des conduites de vapeur et de condensat. Des capteurs de pression et des thermocouples sont situés à l'entrée et à la sortie de chaque composant de la boucle. Cet article présente les résultats d’essais sur le refroidissement d’un prototype d’armoire de télécommunication en utilisant une boucle diphasique fonctionnant avec un fluide caloporteur adaptée à notre application. Différentes charges de la boucle ont été analysées. Une charge optimale pour laquelle la température de fonctionnement est minimale est définie. La caractérisation des performances énergétiques de la boucle est conduite pour plusieurs fluides caloporteurs en particuliers les nanofluides à différentes concentrations de nanoparticules métalliques. Une deuxième série d’essais a été réalisée dans le but de comparer deux modes de refroidissement: le premier concerne le refroidissement par ventilation forcée de l’air à l’intérieur des armoires de télécommunication. Le second utilise le processus de changement de phase du fluide caloporteur dans une boucle diphasique. La température de fonctionnement est en dessous de celle imposée par la norme pour une puissance maximale limite de 220W dans le cas du refroidissement sans la boucle et 540W dans le cas du refroidissement avec la boucle. Ce résultat confirme que ce système de refroidissement est très attractif au point de vue pratique.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les acteurs des technologies de l’énergie notamment l’industrie automobile porte un intérêt grandissant, devant l’instabilité des prix des énergies fossiles, (pétrole et gaz naturel) ainsi que le problème de la protection de l’environnement. Dans ce contexte, en travail sur le refroidissement des piles à combustible, notre article présente les résultats d’une étude expérimentale sur le refroidissement par évaporation d’une pile à combustible.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Des études simultanées de visualisation et de mesures expérimentales ont été menées afin d’étudier différents régimes d’écoulement de condensation de la vapeur d’eau dans des microcannaux gravés sur silicium. Dans ce papier, on présente les résultats d’une étude d’analyse d’un écoulement à bouchon visualisé lors de la condensation de la vapeur d’eau dans un microcanal. Le microcanal est de section rectangulaire et gravé dans un wafer en silicium. On présente la fréquence de production des bulles durant le cycle de l’écoulement. La vitesse et la taille de deux bulles présentes en amont et en aval d’un bouchon liquide sont analysées.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le confinement des canaux de circulation des fluides diphasiques modifie la structure de l'écoulement et intensifie le phénomène de transfert de chaleur. Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale sur la condensation de la vapeur d'eau dans un seul micro-canal transparent. Différents régimes d'écoulement périodiques sont identifiés. Une analyse locales de certains phénomènes physiques est menée en se basant sur des visualisations de l'écoulement et une procédure de traitement d'image.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La détermination de la répartition locale de la température de surface dans une micro-couche liquide est très complexe. Cet article présente les résultats d'analyse inverse des mesures sur le refroidissement d'un disque chauffé par un minijet d'eau réparti sur la surface d'échange sous la forme d'une micro-couche liquide. La distribution locale des densités de flux surfaciques est obtenue par résolution du problème inverse de conduction de la chaleur en transitoire.

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In this paper, the authors propose a thermal modeling of a fuel cell. It has been validated on a 150 W power PEMFC. The thermal modeling uses a network of 172 nodes. It takes into account conduction and convection heat fluxes but also mass transfers due to electrochemical reaction. This thermal model is reduced to a global model describing electrical behavior and takes into account temperature regulation of the water cooling system. Matlab-Simulink software has been used. Dirichlet boundary conditions are obtained thanks to an SW infrared camera.

The use of micro-channels offers an advantage of contributing to a significant increase in the compactness of heat exchangers and improves systems energy performance. The study of two-phase flow patterns and local heat transfers represent a real scientific obstacle given its effect on the life and energy performance of energy systems such as fuel cells and miniature coolers. Unfortunately, the appearance of hydrodynamic flow and heat transfer (measurement of heat flux densities and local heat exchange coefficients) in a single micro-channel is still unclear. As part of this thesis, we are interested in studying the various phenomena occurring during condensation in a single micro-channel by identifying the various hydrodynamic instabilities and deducting the various physical mechanisms influencing heat transfer coefficients. To this end, we developed a test bench for testing the condensation in micro-channels and wherein the micro-channel is instrumented with micro-thermocouples 20 µm in diameter. This aspect of micro-instrumentation represents a genuine originality of this work because it allows to measure local surface temperatures along the micro-channel. A speed camera is used for visualization of flow patterns in condensation occurring in micro-channel. An image processing procedure is developed to characterize the different parameters of the two-phase flow in the micro-channel. i.e. : bubble size, range of bubbles, the meniscus shape, speed and frequency of bubble, etc... The influence of these parameters on the flow patterns and the intensification of transfer are studied. It is shown that the presence of unsteady flows and cyclical change structure during each period. The temperature variation for each period is related to the structure of the condensate flow in the micro-channel. We also identified different developed flow structures. We also demonstrated that the local thermal flux density depends not only on the mass flux and condensation rate but also on the structure of the flow condensation. Finally, our results demonstrate the influence of microstructure on the surface flow structure during condensation in a micro-channel and provide new methods for improving the heat intensification.; L'utilisation des micro-carnaux a l'avantage de contribuer à une augmentation significative de la compacité des échangeurs de chaleur et à une amélioration des performances énergétiques des systèmes. L'étude des régimes d'écoulements diphasiques et des transferts thermiques locaux représentent un véritable verrou scientifique vu son effet sur la durée de vie et les performances énergétiques des systèmes énergétiques tels que les piles à combustible et les refroidisseurs miniatures. Malheureusement, l'aspect hydrodynamique de l'écoulement et du transfert thermique (mesure des densités de flux thermique et des coefficients d'échange thermique locaux) dans un seul micro-canal demeure toujours mal connu. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à étudier les différents phénomènes se produisant lors de la condensation dans un seul micro-canal en repérant les différentes instabilités hydrodynamiques et en analysant les différents mécanismes physiques influençant les coefficients d'échange thermique. A cette fin, nous avons développé un banc d'essais pour tester la condensation en micro-canaux et dans lequel le micro-canal est instrumenté par des micro-thermocouples de 20 µm de diamètre. Cet aspect micro-instrumentation représente une véritable originalité de ce travail de thèse car il permet de mesurer les températures de surface locales tout au long du micro-canal. Une camera rapide est utilisée pour la visualisation des structures des écoulements se produisant en condensation dans le micro-canal. Une procédure de traitement d'images est développée pour caractériser les différents paramètres de l'écoulement diphasique dans le micro-canal, à savoir : taille des bulles, parcours des bulles, forme du ménisque, vitesse et fréquence des bulles, etc. L'influence de ces paramètres sur les structures des écoulements et sur l'intensification des transferts est étudiée. On montre que la présence des écoulements instationnaires et cycliques qui changent de structure durant chaque période. La variation de la température pour chaque période est reliée à la structure de l'écoulement en condensation dans le micro-canal. On a aussi identifié des écoulements développés de différentes structures. Nous avons aussi mis en évidence que la densité du flux thermique local dépend non seulement du flux massique et du taux de condensation mais également de la structure de l'écoulement en condensation. Enfin, nos résultats donnent une démonstration sur l'influence de la micro-structuration de surface sur la structure d'écoulement lors de la condensation dans un micro-canal, et fournissent de nouvelles méthodes pour l'amélioration de l'intensification thermique.