Caloducs cryogéniques oscillants

Caloducs oscillants de 3,6 m de long.

Les caloducs oscillants sont de très bons candidats pour constituer des liens thermiques légers, passifs et thermiquement très efficaces entre un système à refroidir et un cryo-générateur. Comme ils peuvent être construits de façon à fonctionner indépendamment de la gravité, ces caloducs ont été intégrés à la conception cryogénique du projet d’aimant spatial SR2S. Pour répondre aux spécificités de ce projet, des caloducs cryogéniques à l’azote mesurant environ 3,6 m de long ont été étudiés expérimentalement. Un caloduc oscillant est composé d’un tube capillaire lisse faisant plusieurs allers-retours entre un évaporateur et un condenseur avant de se reboucler sur lui-même. Ce tube est partiellement rempli de liquide et son diamètre est dimensionné pour que le phénomène de capillarité domine et crée une alternance de poches de vapeur et de bouchons de liquide qui vont osciller et créer un échange de chaleur très important par convection et changement de phase.

Une station de test dédiée à ces caloducs a été construite en 2015 (cf. photo) et des premiers résultats encourageants ont été obtenus sur des caloducs de grande taille fonctionnant à l’azote liquide. Comme le montre la courbe, les régimes de fonctionnement quasi stable sont encore un peu courts (33 min) pour valider ce type de liens thermiques dans une conception cryogénique d’aimant mais les performances thermiques obtenues sont très élevées. En effet, l’analyse du test montre que pour un caloduc de 36 tubes de 1,5 mm de diamètre la conductivité équivalente est très grande, de l’ordre de 105 W/m.K, similaire à celle des caloducs de petites tailles déjà étudiés dans d’autres laboratoires.

Évolution de la température pour un test de 10 W sur un caloduc de 36 tubes de 3,6 m de long.

#4081 - Màj : 07/11/2019

Département d'Ingénierie des Systèmes

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers