Présentation
Auteur(s)
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Alain BRICARD : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers
-
Serge CHAUDOURNE : Ingénieur de l’École centrale de Lyon - Docteur ingénieur
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ingénieurs de recherche au Commissariat de l’énergie atomique de Grenoble Département de thermohydraulique et de physique, Groupement pour la recherche des échangeurs thermiques
Bien meilleurs conducteurs que les métaux, les caloducs sont des appareils qui peuvent transporter une quantité de chaleur égale à plusieurs centaines ou milliers de fois celle transportée par un conducteur métallique solide et homogène de même volume.
Mettant en jeu l’évaporation et la condensation d’un fluide interne, le caloduc peut être conçu à différentes fins :
-
transmettre des flux thermiques élevés avec un faible écart de température ;
-
transmettre un flux thermique variable à température constante ;
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uniformiser la température d’une structure soumise à des variations de température ;
-
adapter la densité de flux thermique entre une source chaude et une source froide de surfaces très différentes.
Breveté en 1942, le caloduc est oublié jusqu’au début des années 60 où il est redécouvert pour les besoins de la technologie spatiale. Appelé aussi quelquefois tube de chaleur, en anglais : Heat-Pipe, il a pour ancêtre le tube de Perkins, sorte de bouilleur en circuit fermé, inventé au XIX e siècle par A.M. et J. Perkins.
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Différents types de caloducs1. Étude du fonctionnement
1.1 Principe
Un caloduc (figure 1) est une enceinte étanche qui contient un liquide en équilibre avec sa vapeur en l’absence totale d’air ou de tout autre gaz (sauf pour les caloducs à conductance variable, § 2.2) [1].
Dans la zone chauffée (ou évaporateur), le liquide s’évapore et la vapeur vient se condenser dans la zone refroidie (ou condenseur). Le condensat retourne vers l’évaporateur grâce à l’effet de la capillarité développée dans un milieu poreux qui tapisse la paroi intérieure du caloduc. Ce réseau capillaire peut revêtir différentes formes (fritté, couches de tissus ou tapis de films métalliques, rainures axiales ou circonférentielles, etc.) que nous examinerons (au paragraphe 1.4). Ces diverses géométries de réseau développent une pression capillaire, plus ou moins forte, dont la valeur, donnée par la formule de Laplace :
( 1 )
dépend de la tension superficielle σ du liquide et des rayons de courbure principaux
du ménisque de l’interface liquide-vapeur au point considéré.
Dans certains cas, cet effet capillaire, véritable moteur du caloduc, peut être aidé, voire remplacé, par la gravité lorsque le condenseur est au‐dessus de l’évaporateur (figure 2).
On distingue alors le caloduc du thermosiphon caractérisé par l’absence de capillaire, ou si capillaire il y a, par exemple un rainurage,...
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