Electro-hydro-dynamique pour les systèmes DIPHasIques CapillairEs – EDYPHiCE

Les travaux proposés dans ce projet portent sur la manipulation i) des fluides à l’état liquide et ii) des interfaces liquide-vapeur, par effet électro-hydro-dynamique, dans un objectif de pompage et/ou d’intensification des transferts de chaleur à l'interface fluide-paroi. Dans l’état actuel des connaissances, les questionnements sont avant tout scientifiques, les modèles publiés dans la littérature ne permettant pas de décrire quantitativement les quelques résultats expérimentaux disponibles. L’objectif principal est donc d’augmenter le niveau de maturité de ce sujet pluridisciplinaire afin d’ouvrir son champ d’applications. A cette fin, des études « amonts » seront développées afin d’établir les modèles théoriques à la fois électrique, fluidique et thermique, lorsqu’un champ électrique est appliqué dans un liquide, en présence ou non d’une interface liquide-gaz. Une étude spécifique sur les fluides sera également menée afin de déterminer les potentiels EHD de différents fluides en fonction de leurs facteurs de mérite thermique. Ces études « amonts » serviront les deux volets applicatifs du projet. Le premier concerne les pompes électro-hydro-dynamiques ayant vocation à hybrider les systèmes de refroidissement diphasique capillaire. Il s’agit dans ce cas de renforcer la fiabilité et les performances de ce type de système pour les applications spatiales d’une part, et d’élargir leur champ d’application à l’environnement terrestre sans perte de performance d’autre part. La méthodologie adoptée consiste à suivre une logique de complexité croissante : l’étude portera dans un premier temps sur l’analyse des capacités de pompage en fonction de la nature du fluide, du champ électrique appliqué et du design des électrodes. Cette partie de l’étude utilisera la section et le banc d’essais développés lors de la pré-étude menée par les partenaires et permettra de concevoir un module élémentaire optimisé de pompe EHD. En fonction des capacités de pompage souhaitées, ce module élémentaire sera reproduit n fois. Les architectures à la fois fluidique et électrique de ces n modules seront alors définies pour un cas applicatif consistant à hybrider une boucle diphasique à pompage capillaire en environnement terrestre. La robustesse face aux contraintes vibratoires sera analysée afin de valider l’utilisation potentielle de ce type de dispositif dans les systèmes embarqués (terrestres, aéronautiques, spatiaux). Le second volet applicatif consiste à coupler les phénomènes électro-hydro-dynamiques, les effets convectifs et le changement d’état liquide-vapeur. Cette partie du projet, plus amont, a pour objectif d’établir les moyens de contrôles des interfaces liquide-gaz nécessaires (notamment) à la conception de systèmes échangeurs de chaleur performants et innovants. Les situations explorées iront du cas statique (pression induite par une force diélectrique sur une interface liquide-gaz versus pression hydrostatique) ou quasi-statique (idem que précédemment mais avec phénomène d’évaporation au niveau de l’interface) au cas des écoulements diabatiques avec changement d’état, lesquels écoulements seront générés par un gradient de pression imposé ou par des forces capillaires.
A l’issue du projet, grâce à la levée des différents verrous scientifiques, des actions de recherche et développement seront initiées dans le cadre du l’Institut de Recherche Technologique Antoine de Saint Exupéry de Toulouse. Il est ainsi prévu de concevoir une boucle diphasique capillaire hybride de forte puissance incluant un système de pompage EHD en addition du pompage capillaire, et d’en réaliser un démonstrateur. Il est également programmé de réaliser un démonstrateur d’évaporateur optimisé grâce à l’ajout de forces diélectriques en son sein.