Etude numérique de dimensionnement et d’optimisation d’un caloduc spatial innovant

Les caloducs sont des dispositifs de transfert de chaleur très performants dont le fonctionnement se base sur le changement de phase d’un fluide à l’intérieur d’une enceinte fermée. Ils sont couramment utilisés sur les satellites de télécommunications pour assurer le contrôle thermique des éléments embarqués. Le caloduc étudié dans ce travail de recherche se caractérise par une géométrie et un mode de fabrication innovants, conçus pour repousser certaines limites de fonctionnement (limite capillaire et limite d’ébullition) par rapport aux caloducs conventionnels. A l’évaporateur, un montage capillaire appelé "ménisque inversé" est configuré. L’objectif principal de cette étude est de modéliser et d’optimiser un caloduc intégrant ce type d’évaporateur. Un modèle numérique couplé est mis en œuvre : pour l’analyse locale de l’évaporateur, un modèle thermique 2D a été retenu en raison de l’uniformité des phénomènes thermiques le long de la longueur, simplifiant ainsi les calculs. Ce modèle est associé à un modèle global 0D/1D pour le composant caloduc. Le logiciel de simulation numérique Flow Simulation de SolidWorks est utilisé pour évaluer les champs de température à l’évaporateur et les conductances thermiques locales. Une étude de sensibilité sur les paramètres géométriques de l’évaporateur (nombre, largeur, hauteur des piliers) est menée afin de définir les configurations optimales. Le logiciel Engineering Equation Solver (EES), via un modèle analytique, permet de calculer les pertes de charge pour les configurations de caloduc. La limite capillaire est déterminée et confrontée à l’estimation de la limite d’ébullition. Ce couplage permet d’identifier les configurations optimales pour maximiser la conductance thermique globale et la puissance maximale supportable avant la défaillance de ce type de caloduc innovant.

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