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Étude des transferts de chaleur en hélium superfluide dans des micro-canaux

Spécialité

Mécanique des fluides

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

04-04-2017

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BAUDOUY Bertrand
+33 1 69 08 42 07

Autre lien

Résumé/Summary

Sujet détaillé/Full description

Pour les aimants supraconducteurs d'accélérateur refroidis par hélium superfluide les isolations électriques et les espaces inter-bobinage constituent la plus grande barrière thermique au refroidissement. Les dimensions de ces espaces sont de l'ordre de 10 µm pour les isolations alors que les espaces inter-bobinages sont de l'ordre de 200 µm. Afin d'optimiser le dimensionnement de ces aimants, la compréhension des phénomènes thermiques et thermodynamiques à ce niveau de confinement est nécessaire. Le laboratoire de cryogénie du Service des Aimants de Cryogénie et Magnétisme est engagé dans cette problématique depuis plusieurs années dans le but d'améliorer le refroidissement des aimants d'accélérateurs refroidis par hélium superfluide en collaboration avec le Centre Européen de la Recherche Nucléaire (CERN).
Les propriétés « Bulk » de l'hélium superfluide restent valides pour des dimensions de l'ordre de la centaine de microns mais pour des confinements supérieurs peu de mesures ont été réalisés. L'étude s'appuie sur une station d'essai permettant de mesurer des variations très fines de température (inférieurs au mK) et de pression dans un environnement cryogénique dont la température est inférieure à 2 K.
On propose à l'étudiant d'étudier expérimentalement les transferts de chaleur en hélium superfluide stagnant dans canaux de petites dimensions allant du mm jusqu'au la dizaine de µm en régime permanent et transitoire. Ces réseaux de canaux sont créés soit dans des wafers de pyrex par une technologie de gravure MEMS soit par usinage dans de l'acier. Différents paramètres d'études seront balayés en fonction de l'état d'avancement du projet comme la longueur des canaux, le diamètre hydraulique, la géométrie des sections de passage, restrictions…
Ces mesures thermiques seront couplées à des modélisations numériques sous Fluent afin de vérifier la validité des différents régimes thermiques (Landau et Gorter-Mellink) et d'implémenter des modules de changements de phase pour modéliser le passage vers l'hélium normal pour de grands pulses de chaleur.

Mots clés/Keywords

Hélium superfluide, cryogénie

Compétences/Skills

Station expérimentale en hélium superfluide et logiciel Fluent

Logiciels

Labview et Fluent
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