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RÉSUMÉ
Les efforts visant à améliorer les échangeurs thermiques dans de nombreux secteurs industriels (automobile, électronique...) nécessitent l'intensification des transferts de chaleur par convection. De nouvelles voies d'optimisation doivent donc être étudiées. L’utilisation des nanofluides en tant que fluide thermique est un nouveau domaine encore en phase de recherche. L’influence d'un certain nombre de paramètres, tels que la taille et la forme, les phénomènes aux interfaces entre liquide et particules, sont encore mal compris et caractérisés. Au final, le succès du développement d'un nanofluide industriel demande la résolution simultanée de plusieurs aspects, à commencer par l’amélioration du coefficient d’échange thermique.
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Jean-Antoine GRÜSS
INTRODUCTION
Les efforts visant à améliorer les échangeurs thermiques dans de nombreux secteurs industriels (automobile, électronique…) nécessitent l'intensification des transferts de chaleur par convection [1] [2] [3] [4] [5]. Les améliorations dites « passives », au niveau des surfaces d'échange, sont une voie déjà largement explorée et atteignent leurs limites. De nouvelles voies d'optimisation doivent donc être étudiées. L'une d'elles consiste à utiliser de nouveaux fluides capables d'accroître les transferts thermiques : c'est le cas des nanofluides.
La définition des termes techniques, en gras dans le texte, est donnée dans un tableau en fin d'article.
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5. Nanofluides en changement de phase
Plusieurs groupes ont étudié le comportement de nanofluides en ébullition au niveau du coefficient d'échange ainsi que du flux critique en ébullition (CHF). De plus, des dispositifs diphasiques de transfert thermique ont été testés tels que des caloducs à capillaire fritté ou à rainures, des thermosiphons diphasiques, des LHP et des OHP avec différents fluides.
CHF : Critical Heat Flux
LHP : Loop Heat Pipe
OHP : Oscillating Heat Pipe
Concernant le CHF, une augmentation importante (entre 200 et 300 %) a été confirmée par plusieurs études [50] [51] [52] attribuée à une modification de l'état de surface par les particules.
Pour le coefficient d'échange, le tableau est plus contrasté. Certains auteurs observent une diminution, d'autres une augmentation du coefficient d'échange en évaporation. Des améliorations de performances ont par ailleurs été observées sur des dispositifs diphasiques complets. Ce domaine en est toujours à la phase de recherche, afin de comprendre les phénomènes mis en jeu et l'influence de divers paramètres : ébullition nucléée ou évaporation en film, influence du mouillage et de la tension superficielle, de la nature des fluides et matériaux mis en jeu, de la nanostructuration de paroi induite par les nanofluides.
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Nanofluides en changement de phase
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BONTEMPS (A.), GARRIGUE (A.), GOUBIER (C.), HUETZ (J.), MARVILLET (C.), MERCIER (P.), VIDIL (R.) - Intensification des échanges thermiques. - [BE 2 343] Techniques de l'Ingénieur.
-
(2) - PADET (J.) - Convection thermique et massique – Principes généraux. - [BE 8 205] Génie énergétique (2005).
-
(3) - PADET (J.) - Convection thermique et massique – Nombre de Nusselt : partie 1. - [BE 8 206] Génie énergétique (2005).
-
(4) - PADET (J.) - Convection thermique et massique – Nombre de Nusselt : partie 2. - [BE 8 207] Génie énergétique (2005).
-
(5) - LALLEMAND (A.) - Écoulement des fluides – Étude physique et cinématique. - [BE 8 151] Génie énergétique (1999).
-
(6) - LE...
ANNEXES
CHOI (S.) - Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles. - The American Society of Mechanical Engineers, New-York, vol. 231/MD-vol. 66:99-105, nov. 1995.
DAS (S.), CHOI (S.), YU (W.), PRADEEP (T.) - Nanofluids : Science and Technology. - J. Wiley (2008).
YU (W.), FRANCE (D.), ROUTBORT (J.), CHOI (S.) - Review and Comparison of Nanofluid Thermal Conductivity and Heat Transfer Enhancements. - Heat Transfer Engineering, vol. 29, p. 432-460 (2008).
TRISAKSRI (V.), WONGWISES (S.) - Critical Review of Heat Transfer Characteristics of Nanofluids. - Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 11, p. 512-523 (2007).
KABELAC (S.), KUHNKE (J.) - Heat transfer mechanisms in nanofluids – Experiments and theory. - 13 th IHTC, Sydney, 13-18 août 2006.
YU (W.), FRANCE (D.), CHOI (S.), ROUTBORT (J.) - Review and Assessment of Nanofluid Technology for Transportation and Other Applications. - ANL/ESD/07-9 (2007).
OH (D.W.), KWON (O.), LEE (J.S.) - Transient Thermal Conductivity and Colloidal Stability Measurements of Nanofluids by Using the 3 omega Method. - Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 8, 10, p. 4923-4929 (2009).
Anonymous - International Nanofluid Properties Benchmark Exercise (INPBE). - (2008) http://mit.edu/nse/nanofluids/benchmark/index.html
WANG (B.), ZHOU (L.), PENG (X.), ZHANG (X.) - Enhancing the effective thermal conductivity of liquid with dilute suspensions of nanoparticles. - Fifteenth Symposium on Thermophysical properties, Boulder, CO, États-Unis, 22-27 juin 2003.
HWANG (Y.), AHN (Y.), SHIN (H.), LEE (C.), KIM (G.), PARK (H.), LEE (J.) - Investigation on Characteristics of Thermal Conductivity Enhancement of Nanofluids. - Current...
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