Analyse des transferts de chaleur à la transition de régime convection-nucléation pour l’intensification des transferts de chaleur dans les technologies de l’énergie du futur – TraThI

Dans les technologies de l’énergie du futur, les densités de puissance thermiques à transférer seront supérieures à 1000 W.cm-2. Les techniques actuelles ne permettent pas l’extraction de ces niveaux de densité de puissance. Pour répondre à ces enjeux, de nouveaux concepts devront être mis en œuvre. Dans ce contexte, grâce à une approche multi-échelles, le projet TraThI vise une meilleure compréhension des mécanismes de transferts aux interfaces en vue de proposer de nouvelles techniques d’extraction de la chaleur, capables de répondre à de tels niveaux de densité de puissance. Les approches seront expérimentales, numériques et théoriques, regroupant des partenaires de compétences complémentaires (thermique, écoulements diphasiques, traitement de surfaces, micro-fabrication, micro-capteurs). L’expérience que nous proposons consiste à étudier les transferts de chaleur à la transition de régime convection-ébullition nucléée. Les mouvements du fluide générés au déclenchement de la nucléation de bulles, sur des épaisseurs micrométriques, permettent de promouvoir les échanges de chaleur. Expérimentalement, la résolution des mesures thermiques et fluidiques à l’échelle micrométrique, couplée à la structuration contrôlée des surfaces de nucléation à échelle sub-micrométrique, permettront d’étudier la mise en mouvement du fluide au voisinage immédiat de la paroi depuis les échelles de la nucléation de bulles jusqu’à celles de leur détachement 2/de déterminer et d'optimiser les transferts de chaleur associés. Deux expériences canoniques permettront d’établir une banque de données unique servant de référence aux approches numériques et théoriques. Les approches numériques proposées aideront à bien identifier les champs de température en proche paroi à la limite de déclenchement de la nucléation de bulles. L’approche théorique, basée sur le modèle de partition de flux de chaleur, s’appuiera sur la banque de données établie dans le cadre de ce projet pour proposer des lois de transfert de chaleur.
Les résultats de ces travaux de recherche nous permettront d'évaluer le potentiel d'amélioration des transfert de chaleur nécessaire au développement des technologies de l'énergie du futur où les densités de flux de chaleur ne sont pas accessibles par les techniques actuelles.