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Les supraconducteurs de type câble en conduit constituant les bobines de tokamak sont refroidis avec un écoulement d'hélium forcé à température cryogénique (4.5 K), afin de fournir une évacuation de la chaleur efficace et une stabilité de l'état supraconducteur. La région mouillée dans un tel conducteur est un agencement torsadé à plusieurs étages de brins insérés dans une gaine. Les paramètres d'écoulement et les mécanismes de transfert de chaleur dans cette géométrie compliquée sont étudiés afin d'évaluer les propriétés thermo-hydrauliques effectives à l'échelle macroscopique ("approche milieu poreux avec changement d'échelle"). Par conséquent, des expériences en régime permanent et transitoire ont été réalisées pour mesurer respectivement le coefficient de pertes de charge et le coefficient d'échange convectif volumique du milieu. La boucle expérimentale utilise de l'azote gazeux comme fluide de travail dans des conditions équivalentes à un écoulement forcé d'hélium supercritique. Les paramètres conservés sont la conductivité thermique, les nombres de Reynolds et de Prandtl. Le diamètre hydraulique utilisé comme longueur caractéristique est déduit de la géométrie réelle obtenue par tomographie aux rayons X. Le modèle d'écoulement de Darcy-Forchheimer a été appliqué précédemment sur un large ensemble de mesures stationnaires effectuées sur des câbles en conduit de bobine de champ toroïdal du tokamak JT-60SA afin de caractériser leurs pertes de charge au travers de leurs perméabilités et de leurs coefficients inertiels. Des mesures transitoires d'écoulement forcé soumis à une impulsion thermique ont ensuite été réalisées sur des échantillons similaires et sont présentées ici. Nous en déduisons les propriétés d'écoulement ainsi que le coefficient d'échange de chaleur entre le fluide, les brins et la gaine. Un modèle simplifié à trois températures (brins/azote/gaine) résolu par transformée de Fourier et un modèle numérique plus détaillé ont été développés et utilisés pour analyser la réponse du système en sortie à un échelon de température du fluide en entrée. Les deux modèles transitoires 1-D considèrent un milieu continu équivalent et fictif composé de trois phases (brins/azote/gaine). Les propriétés effectives des brins torsadés sont liées à la porosité. Le fluide est couplé par convection avec les brins et la gaine. Une procédure inverse basée sur la méthode des moindres carrés permet ensuite d'évaluer le coefficient d'échange convectif volumique de ce milieu. Nous analysons les effets de compressibilité du fluide induits par les pertes de charge, l'impact de la détente Joule-Thomson ainsi que les effets de la conduction thermique longitudinale dans les solides sur la caractérisation des échanges thermiques. Nous avons testé cinq échantillons couvrant la gamme de propriétés dans les bobines de confinement du plasma.

The ITER central solenoid (CS) is a highly stressed magnet that must provide 30 000 plasma cycles under the ITER prescribed maximum operating conditions. To verify the performance of the ITER CS conductor in conditions close to those for the ITER CS, the CS insert was built under a USA-Japan collaboration. The insert was tested in the aperture of the CSMC facility in Naka, Japan, during the first half of 2015. A magnetic field of up to 13 T and a transport current of up to 60 kA provided a wide range of parameters to characterize the conductor. The CS insert has been tested under direct and reverse charges, which allowed a wide range of strain variation and provided valuable data for characterization of the CS conductor performance at different strain levels. The CS insert test program had several important goals as follows. 1) Measure the temperature margin of the CS conductor at the relevant ITER CS operational conditions. 2) Study the effects of electromagnetic forces and strain in the cable on the CS conductor performance. 3) Study the effects of the warmup and cooldown cycles on the CS conductor performance. 4) Compare the conductor performance in the CS insert with the performance of the CS conductor in a straight hairpin configuration (hoop strain free) tested in the SULTAN facility. 5) Measure the maximum temperature rise of the cable as a result of quench. The main results of the CS insert testing are presented and discussed.