Condensation convective à faible vitesse massique : Analyse des phénomènes thermohydrauliques locaux

Le dimensionnement des condenseurs équipant les systèmes de régulation thermique diphasique nécessite une compréhension du couplage entre les transferts de chaleur et la répartition des phases liquide et vapeur au sein des écoulements. Lorsque les vitesses massiques sont faibles, de l’ordre de celles rencontrées dans les systèmes passifs de type CPL ou LHP, les lois disponibles dans la littérature ne sont plus valides. L’objectif de ce travail est donc de contribuer à combler ce manque en développant une approche expérimentale permettant d’étudier les couplages entre transferts de chaleur, de masse et de quantité de mouvement au sein d’écoulement de condensation à faible vitesse massique. L’objectif est notamment de mesurer simultanément et de corréler l’évolution du coefficient de transfert de chaleur local avec celle de l’épaisseur de film de liquide afin de proposer des lois de dimensionnement. Pour cela un banc expérimental a été développé permettant d’étudier la condensation du HFE 7000 en écoulement vertical descendant. Afin d’utiliser des techniques de mesures optiques, le condenseur utilisé est en saphir, matériau transparent et conducteur, dont le refroidissement est obtenu grâce à un écoulement d’air conditionné en convection forcée. Les dimensions du condenseur (section circulaire de diamètre interne de 3,4 mm, de diamètre externe de 6 mm et d’une longueur de 1 m) permettent d’étudier la condensation complète (titre massique en vapeur variant de 1 à 0) du fluide pour des vitesses massiques allant de 5 à 30 kg/m²/s. Les mesures sont réalisées en régime permanent grâce à un écoulement stabilisé entre deux réservoirs à pression constante dont le débit est ajusté à l’aide d’une vanne micrométrique. La métrologie mise en œuvre combine deux techniques de mesures de haute précision permettant la mesure locale et simultanée de la température de la paroi du condenseur par méthode infrarouge et de l’épaisseur du film de liquide ruisselant sur la paroi par méthode interférométrique ou confocale. Cette instrumentation permet de développer une analyse à la fois hydraulique et thermique des processus mis en jeu. Le banc d’essais, le protocole spécifique développé et les résultats expérimentaux seront présentés dans cette communication.