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Dimensionnement d'un évaporateur

Tubulaire pour le refroidissement

de composants électroniques d'un

satellite

 


Résumé

Les composants électroniques qui constituent un satellite sont sensibles aux fortes chaleurs ; leur température ne doit pas dépasser une température maximale. Il est donc nécessaire d'évacuer la chaleur qu'ils produisent et de les refroidir. La solution proposée par Thales Alenia Space consiste à faire circuler un fluide réfrigérant sous les composants électroniques à travers un évaporateur. La chaleur récupérée déclenche alors la vaporisation du fluide caloporteur sous le composant. L'efficacité du refroidissement provient du changement de phase. Cette méthode est plus efficace qu'un refroidissement classique en écoulement monophasique, car le flux de chaleur transféré est plus important. Plusieurs recherches approfondies ont été faites en ce qui concerne la modélisation de l'écoulement et des transferts de chaleur au sein de l'évaporateur. L'étude consiste à rechercher le modèle de simulation adéquat. La méthode consiste à tester tous les modèles empiriques susceptibles de répondre à nos besoins. A la suite de la programmation Matlab, il a été mis en évidence que le modèle thermique de Kandlikar était parfaitement adapté au problème en gravité normale et micro-gravité. Quant aux pertes de charge, il s'est avéré que le régime gravitationnel influençait leur modélisation. Ainsi, le modèle de Lockhart & Martinelli est le plus pertinent en gravité normale ; tandis qu'en micro-gravité, le modèle d'Awad est préférable. A la suite de ces résultats, les modèles choisis ont été implémentés dans un second programme Matlab afin de calculer les différents paramètres, comme les pertes de pression au sein de l'évaporateur, et la température des composants. Les résultats ont permis de vérifier que le cahier des charges était respecté dans les conditions d'utilisation spatiale.

 

Abstract

Two-phase thermal systems are broadly used in various industrial applications and engineering fields. These systems take advantage of latent heat transportation, which generally enables a good efficiency in heat exchanges. For that reason, two-phase thermal management systems are considered as extremely beneficial for space applications. Indeed, in satellites, the major thermal problem is currently to remove the vast heat amount generated by devices from the inside into the space, in order to ensure suitable environmental and working conditions. But boiling is a complex phenomenon which combines heat and mass transfers, hydrodynamics and interfacial phenomena. Furthermore, gravity consequently affects the fluid dynamics and may lead to unpredictable performances of thermal management systems. Information is needed to understand the thermal and hydraulic environment in the evaporating process. We need to predict the heat transfer coefficient and pressure drop. This informations can be obtained by simulations. Different models have been implemented in Matlab. First results show that the thermal model of Kandlikar is adapted to our problem both in normal gravity and microgravity. As for the pressure drops, gravity consequently affects the fluid dynamics. Then, they fit the Lockhart & Martinelli's correlation in normal gravity, whereas, in microgravity, the Awad's correlation is more suitable. Next step is to implement the selected model in a second Matlab program to calculate pressure drop and temperature of devices. Calculations show that spatial specifications are respected.


 

Dans le cadre de la troisième année de formation à l'ENSEEIHT, les élèves ont la chance de participer à un bureau d'étude industrielle de six semaines en partenariat avec de grandes compagnies. Ce projet permet à la fois de travailler en autonomie, mais aussi de découvrir une application industrielle ou un sujet de recherche particulier.

Pour notre part, nous avons choisi de travailler sur le système de refroidissement de composants électroniques d'un satellite. Il s'agit d'un sujet proposé par Thales Alenia Sapce et encadré par Catherine Colin de l'IMFT. Plus précisément, l'étude porte sur la modélisation de l'écoulement et des transferts de chaleur à l'intérieur de l'évaporateur du système de refroidissement.

 

                                  http://www.clubic.com/

L'Équipe

L'équipe de travail se constitue de deux élèves :

  • Lydie Pallarols, élève à l'ENSEEIHT, de la filière Mécanique des Fluides – Hydraulique spécialité Énergétique et Procédés,

  • Miguel Sanchez de Muniain, ERASMUS espagnol,de la filière Mécanique des Fluides – Hydraulique spécialité Énergétique et Procédés.

Les Encadrants

Ce projet est encadré par Mme Catherine COLIN, enseignant-chercheur à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) rattaché à l'ENSEEIHT. Tout au long du BEI, Mme COLIN aidera les étudiants et validera les résultats obtenus. De plus, Mr Julien HUGON ingénieur chargé du projet chez Thales Aliena Space, suivra également l'avancée du travail, fournira les renseignements utiles.