Simulation numérique 3D et optimisation de l’intensification des échanges thermofluidiques d’un microcanal d’échangeur thermique par micro-structuration des surfaces d’échange
L’augmentation continue de la densification et des fréquences d’horloge des microprocesseurs et des mémoires, de la puissance volumique de l’électronique de puissance, de la récupération de chaleur des centres de données par les réseaux de chaleur requiert une miniaturisation et une efficacité accrues des micro-échangeurs de chaleur. De plus, la montée en puissance des technologies vertes de co- et tri-génération, de conversion énergétique et de stockage électrochimique nécessite d’intensifier fortement les échanges thermiques aux échelles micro- et millimétriques dans leurs échangeurs, sans pénaliser les gains de puissance thermique par une élévation similaire des puissances mécaniques d’écoulements.
La micro-structuration des surfaces d’échange est une voie prometteuse pour assurer cet objectif de manière passive. L’étude expérimentale d’un micro-échangeur à parois micro-structurées par distribution de cuvettes et protubérances sphériques alternées, conçu et testé au laboratoire, ayant montré une élévation significative de l’efficacité d’échangeur, une exploration théorique et numérique de l’intensification des échanges thermofluidiques par ce type de micro-structuration a été menée au laboratoire.
La simulation numérique 3D d’un écoulement laminaire dans un microcanal a été réalisée avec le code de CFD Ansys Fluent. La recherche d’une micro-structuration optimisée par variation des paramètres géométriques de micro-structuration a permis de montrer leur influence déterminante pour obtenir des facteurs de performance de micro-structuration élevés et de justifier cet effet par la modification des écoulements locaux induite par l’évolution de ces paramètres et du nombre de Reynolds.
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