Amphithéâtre de l’IUSTI

1

Instrumentation locale et techniques inverses appliquées à la caractérisation de l’ébullition convective en microgravité

au sein de minicanaux

Amphithéâtre de l’IUSTI

Marseille, Laboratoire IUSTI UMR - CNRS 6595

Devant le jury composé de :

Présentée et soutenue par

pour obtenir le titre de Docteur de l’Université de ProvenceDiscipline : Mécanique, Physique et Modélisation

Vendredi 28 Août 2009, Soutenance de thèse publique

Sébastien Emmanuel LUCIANI

COLIN Catherine Professeur, INPL, Toulouse Rapporteur

LE MASSON Philippe Professeur, Université de Bretagne Sud, Lorient Rapporteur

BRUTIN David Maître de conférence, Université Paul Cézanne, Marseille Examinateur

DI MARCO Paolo Professeur, Université de Pise, Pise Examinateur

LE NILIOT Christophe Professeur, Université de Provence, Marseille Directeur de thèse

MARTY Philippe Professeur, Université Joseph Fourier, Grenoble Examinateur

TADRIST Lounès Professeur, Université de Provence, Marseille Co-directeur de thèse

2

École Polytechnique Universitaire de Marseille - IUSTI UMR CNRS 6595,Technopôle de Château Gombert - 5 Rue Enrico Fermi 13453 Marseille Cedex 13. France

Sébastien Emmanuel LUCIANIIngénieur Polytech’ Marseille

Directeur de thèse : Christophe Le Niliot, Université de Provence, Laboratoire IUSTI, UMR CNRS 6595, Marseille

et École Doctorale des Sciences pour l’Ingénieur, Université de Provence, Aix-Marseille I

Co-directeur : Lounès Tadrist Université de Provence, Laboratoire IUSTI, UMR CNRS 6595, Marseille

Instrumentation locale et techniques inverses appliquées à la caractérisation de l’ébullition convective en microgravité

au sein de minicanaux

Co-encadrant : David Brutin, Université Paul Cézanne, Laboratoire IUSTI, UMR CNRS 6595, Marseille

3

Contexte: pourquoi l’ébullition convective en minicanaux

Echangeurs, évaporateurs …

ISS

Besoin de transférer des flux de chaleur importants

Installation d’équipements en augmentation

Nécessité de miniaturiser les équipements

Comprendre les phénomènes physiques

Minicanaux

Coefficients de transferts, Flux critiques, Structure d’écoulements

Températures et Flux inaccessibles à la mesure directe sans perturber les transferts

Fournir des connaissances de base sur les systèmes de refroidissement

diphasiques pour des conditions semblabes à ceux de l’ISS

Utilisation de boucles diphasiques

Comment quantifier les transferts thermiques locaux et les comparer aux modèles et corrélationsde la littérature ?

Puissance et échanges thermiques croissants

4

Ébullition convective

Coefficient de transfert de chaleur qui décroît avec le titre massique (Agostini 08)

Coefficient de transfert de chaleur qui croît avec le nombre de Reynolds

(Jung 09) Écoulement laminaire

Années 60/70 ébullition convective en tubes millimétriques : instabilités des systèmes diphasiques (Neal et Zivi 1967)Années 90 ébullition convective en minicanaux : concept d’ébullition fictive et d’espace d’évaporation instrumentation en microcanaux quasi impossible (Peng et Wang 1998)Années 2000 ébullition dans un réseau de microcanaux (Qu et Mudawar 2003)

Ebullition convective 1g

Ebullition µg

Années 2000 Ohta 97, Celata 05, Di Marco 03, Colin 09

Peu d’études Expérience coûteuse et courte (de 2 à 20 secondes)

Problème : chauffer, visualiser et mesurer localement en même temps

5

Inversion de mesures

Problème inverse : résolution de l’équation de la chaleur à partir d’observations effectuées sur le système étudié

Problème mal-posé (instable et solution non unique)

Méthodes inverses d’estimation de conditions limites inconnues(inversion de mesures pour la complétion de données)

Années 80 problème inverse 1D avec quelques thermocouples : par exemple le retour vers la surface (Raynaud et Bransier 1986)Années 90 problème inverse 2D : Méthode numérique globale + pénalisation (Le Niliot et al. 1998) ou itérative (Abou Khachfe et Jarny 2001)Années 2000 problème inverse 3D : Méhode numérique + troncature (Le Niliot, Lesnic 02) ou itérative (Le Masson 08)

Estimation locale non intrusive

• Peu d’études d’inversion de mesures appliquées au diphasique• Système mince, 1D-2D, rarement 3D• Techniques de régularisation : pénalisation (Tikhonov), troncature (SVD), itérative (discrepancy principle)

Températures internes(thermocouples)

Conditions aux limites

1

Frontière

Conditions aux limites

Paroi inaccessible à la mesure

et inconnus

2

contact

température sur le contour densité de flux de chaleur sortant

6

Problématique

Mise au point de la méthode d’estimation et réalisation d’une campagne d’expérience en microgravité

Etude locale des transferts de chaleur dans des minicanaux

Comparaison résultats expérimentaux - modèles existants

Application de techniques inverses à l’ébullition convective [S. Luciani]

Transferts thermiques en microcanaux pendant l’ébullition convective fonction

de la gravité

Thèse

Estimation des conditions aux limitesinconnues (Températures, Flux, sources) à l’aide de données expérimentales

Géométrie (2D, 3D), équation de la chaleuren stationnaire et instationnaireB.E.M.(Boundary Element Method), TC +thermographie IR

Influence du confinement sur la perte depression et sur le coefficient de chaleur globaldans des minicanaux

Expérimentation des régimes d’écoulementet mise en place d’un dispositif expérimental à bord de vols paraboliquescapteurs (P,T), caméra rapide

Méthode inverse [C. Le Niliot]

Ebullition convective [D.Brutin]

Méthode inverse avec accès aux grandeurs inconnues par inversion

de mesures (températures)

+

7

Plan de l’exposé

Développement de la méthode inverse

Traitement des données expérimentales issues des vols paraboliques

Conclusions et perspectives

Investigation sur les écoulements diphasiques et les méthodes inverses

Inversion des mesures de températures

Formulation de la méthode d’estimation de conditions aux limites inconnues

Contexte scientifique

Prise en compte du terme source

Expérimentation en microgravité

Contraintes techniques

Design de l’expérience

Analyse de l’ébullition convective

8

Campagnes à bord de l’ A300 Zero-G France (Bordeaux)

- Expérience A.B.I.M.M - PF52 (CNES) – Septembre 2005- PF53 (ESA) – Octobre 2005- PF63 (ESA) – Mars 2007

Objectif : Etudier l’nfluence de la microgravité sur un écoulement diphasique

Moyens- 2 minicanaux : visualisation et mesures- Métrologie par thermocouples situés sous le minicanal =>Analyse à l’aide d’une méthode inverse

Résultats attendus- Comparaison des coefficients locaux de chaleur en mirogravité (µg), gravité normale (1g) et hypergravité (1.8 g)- Etude d’écoulement stationnaire et instationnaire

Cahier des charges

But : Utiliser une expérience en microgravitéà bord de l’A300-Zero G

Contrainte : Encombrement spatial réduitFaible inertie thermiqueFaible consommation électrique

9

4’

8’

4’

5’

5’

Phase 1 : 1.8g puis 1,5g durant 20 s

Phase 2 : µg durant 22s

Phase 3 : 1.8g pendant 22 s

31 paraboles / vol

Vols Paraboliques

10

Dispositif expérimental

11

Boucle fluide

12

Plan de l’exposé













13

Éprouvettes : contraintes expérimentales

Minicanaux en inconel

Géométrie multicouches : fluxmètre + minicanal + semelle en polycarbonate

Matériaux avec une faible différence de dilatabilité

Fluxmètre inverse en ciment (diélectrique) : 21 thermocouples non gainés (140 µm)

Chauffage intégré au fluxmètre : 5 fils chauffants de 0.3 mm (sources linéïques 15 à 50 W/m)

Minicanaux (654 454 254 µm) - HFE-7100 (54°C à 835 mbar) + Fluide entrant à 2°C sous Tsat

Chauffage par résistance

Mesures de températures par thermocouple (TC)

Flux uniforme à la surface et faible inertie

Choix techniques

14

Conception des éprouvettes

Vue de faceVue de coté

g

Barreau en ciment

Chauffage par sources linéïques

Couvercle en polycarbonate pour la visualisation

Mesures fournies par 21 thermocouples (140 µm)

Barreau

Températures et flux inconnus

Mesures de températures

2D sources ponctuelles

3D sources linéïques

15

Modélisation de l’éprouvette à l’aide de BEM

BEM : Boundary Element Method (Méthode des Eléments de Frontière)

Méthode à résidus pondérés

Formulation intégrale de contour seulement

Résolution sans maillage de volume

Géométrie complexe (2D, 3D)

Relation directe

inconnues de surface - mesures de surface

Pour les sources ponctuelles (linéïques) et les thermocouples : pas de raffinage de maillage autour des points (lignes)

x

Température et flux constantssur chaque élément i (xi, yi, zi)

satT

Calcul pour chaque élément du flux et de la température surfacique

Connaissant la température de saturation , le coefficient par élément s’obtient :

surf i

i

surf i sat i

ˆ ( x )h( x ) ˆ ( x ) T ( x )

ˆsurf surf

h fonction de la longueur du minicanal

16

Vérification des postulats en approche 2D

Flux nul polycarbonate

Coefficient h constant dans le canal (largeur)

h=10000 W/m2.K

s x y

Hypothèses

x

y

h=10000 W/m2.K

17

Sensibilité de la mesure en 3D stationnaire

Expérience sensible aux variations du coefficient d’échange

Qu’en est il de la sensibilité aux paramètres supposés connus ?

Par exemple : la position des thermocouples

Xh

et

*X hh

Simulation directe : h(x) fixé + conditions limites réalistes + sources (33 W/m)

Simulation directe : h(x) + h(x) avec h(x)=20% h(x)

Température des points internes

(x)=f(h(x))

Variations de h, perceptibles par les thermocouples situés dans le barreau chauffant

*iX

18

Sensibilité à la position des thermocouplesInfluence des positions

Bruitage aléatoire de la position des thermocouples (écart type =0.5 et 0.7)

Comparaison des températures calculées avec positions exactes et positions bruitées

Evaluation

Sensibilités en températures plus élevées aux erreurs de position qu’aux variations de h réalistes

=0.5 mm=0.7 mm

Analyse des positions par tomographie

Résolution de 20 µm

Biais sur les températures inférieures <

au bruit de mesure (0.1 °C)

19


Plan de l’exposé












20

Problème Inverse de Conduction de la Chaleur (P.I.C.C)

A partir d’observations (mesures), on cherche une estimation :

• De la géométrie du domaine: • Des propriétés thermophysiques • De la condition initiales • Du terme source : g(x, y, z, t)• De conditions limites inconnues (flux

de chaleur et températures)Problème mal-posé (Hadamard) :

existence, unicité, stabilité de la solutionMatrices mal-conditionnées

Le but est de calculer le champs de température (x ,y ,z ,t)

Connaissant :• La géométrie du domaine

• Les propriétés thermophysiques: • Le terme source: g(x, y, z, t)• La condition initiale et les conditions

aux limitesLe problème est bien poséLa plupart du temps : Matrices de

résolution

bien conditionnées

Problème Direct Problème Inverse

Méthodes itératives : FEM + état adjointMéthodes globales : Semi-Analytiques, Numériques (BEM + SVD)

Équation de la chaleur C gt

Méthode d’optimisation par minimisation d’un écart modèle-mesures

21

Considérons l’équation de la chaleur en stationnaire sans terme source :

0

T (M)d 0

Double intégration par partie + théorème de Green

Formulation intégrale

** *T

T d d T dn n

*M MT d c

Soit la fonction de pondération T*, choisie comme solution fondamentale de l’équation de Laplace telle que :

(M,P) = 0 if M≠M’

(M,P) = ∞ if M=M’

**

M M

Tc d T d

n n

*M,M '

*M,M '

T 0

or T

B.I.E

- la fonction est une fonction harmonique de l’espace dans le domaine - le domaine est délimité par un contour fermé .

Pas d’intégrale de volumePas de maillage de domaine

cM=1 si M est un point interne,cM=1/2 si M est sur (régulière)M (cM=1)

M (c=1/2)

Domaine Frontière

On obtient l’équation intégrale de frontière

- T*(M) fonction continue et deux fois dérivable dans - T*(M) fonction de Green de l’espace

*

M,M 'T

22

Formulation

Équation intégrale de frontière sur i

Frontière

N éléments de frontières N’ points internes(mesures)

i i,i constants sur chaque élément

Domaine

.

*M Mc q d T d

Flux de chaleur sur l’élément

B.I.E

Formulation discrète

, ,1 1

symbol de

Kronecker

N N

ij

i j i ij j i j jj j

H c G

j j

N Nj

i i jj 1 j 1

i, ji, j

T *c d T *d

nGH

giI

i

** T

qn

cM=1 si M est un point interne,cM=1/2 si M est sur (régulière)

Sources linéiques de chaleur

Intégrale de volume

Température sur l’élément iii

Hi,j et Gi,j coefficients géométriques

Forme du terme source ?

23



Plan de l’exposé











24

K

0k kk 1

avec g=g(x,y,z) g f (L )

F

0

t*

gi F

t

gI (t ) T (M)d dt

kk k

k

0 si M Lf (L ) H(M,L )

1 si M L

Prise en compte de la source linéique

Expression du terme de source de chaleur Igi

K sources linéïques (K=5) dans réprésentées par Lk g0k valeur algébrique de la source linéique (W/m) constanteH est la fonction d’Heavyside

Schéma de la source linéïque

*

i,k

1 1T

4 r

Arriver à une expression de Igi qui ne fasse pas intervenir de maillage

*gi

gI = T (M)d

2i,k*

s

2

r1T exp H( )

4(4 )

en stationnaire

en instationnaire

g a une forme particulière

*gT d

On cherche à évaluer le terme

F( t t) tF instant de résolution

25

K*

gi 0k kk 1

terme source

gI T (M)d avec g=g(x,y,z) g f (L )

*0kk

gf (L ) T d

*gi

gI T d

Formulation stationnaire

*

i,k

1 1T

4 r

k

K*0k

g kLk 1

gI T dl

k

K*0k

k kk 1

gf (L )T d

f(Lk) nulle partout sauf sur Lk

Pour la source k

k

*0kgi,k kL

gI T dl

k

0kkL

i,k

g 1 1dl

4 r

k

0kgi,k kL

gI F(x,y,z)dl

aveci,k

1F(x,y,z)

4 r

ri,k distance de l’élément à la ligne Lk

26

F

0

t K*

g 0k kk 1t

terme source

gI T (M)d dt avec g=g(x,y,z) g f (L )

F

0

t*

gi

t

gI T (M)d dt

F

0 k

K t *0kg,i kt L

k 1

gI T dl dt

Formulation instationnaire

2i,k*

s

2

r1T exp H( )

4(4 )

F

0

t K*0k

kk 1t

gf (L ) T (M)d dt

F

¨ k0

t K*0k

k kk 1t

gf (L )T (M)d dt

f(Lk) nulle partout sauf sur Lk

F

0 ¨ k

K t *0kk kt

k 1

gf (L )T (M)d dt

F

0 k

t *0kgi,k kt L

gI T dl dt

F

k 0

t*0k

kL t

gT dt dl

F

0

t *

tT dt

évaluer

Pour la source k

27

Formulation instationnaire – intégration sur le temps2i,k*

s

2

r1T exp H( )

4(4 )

Changement de variable

F

0

t *

tT dt

F

0

u2t *

tu1

1T dt = ( ,v)

2

2i,k

f

ru

4 (t t)

Expression semi-analytique sur le temps

u21/ 2 1/ 2u13 / 2

i,k

1 1 = (1 erf (v )

r 4

Introduction de la fonction

n 1

x(n,x) p exp( p)dp

F

k 0

t *0kgi kL t

gI T dt dl

k

0kgi,k k3 / 2 L

g 1I F(x,y,z) dl

4

avecu21/ 2 1 / 2u1

i,k

1F(x,y,z) = (1 erf (v )

r

On va transformer

28

Conclusion sources linéïques

0

TT '

S

S '

H G

H G

kkL

F(x,y,z)dl

k

b

kL aF(x,y,z)dl F(x,Y(x),Z(x)) (1 Y'(x) Z'(x)dx

T vecteur des températures des i aux N éléments de contour, vecteur des flux de chaleur aux N éléments de contour, S le terme source associé aux éléments et aux points internes et H et G des matrices (NN) des coefficients Hi,j et Gi,j

b n

i ii 1a

f (x)dx w f (x )

Méhode des Poids de Gauss

On se ramène a un terme source qui peut être rajouté sous la forme d’un terme additif du second membre de type

En stationnaire et instationnaire, on doit évaluer une intégrale curviligne sur l’espace

On utilise le théorème suivant

N

gi j jj 1

I C w F(x )

Avec F une fonction de l’espace et C une constante propre au stationnaire et à l’instationnaire

Formulation BEM sans maillage de domaine

29

Formulation matricielle

2

2

surf surf

ˆ ˆX arg minimum X B

J(X)

A

X-B

X=arg minimum J(X)

ˆ ˆ, Φ

= A

Problème mal-posé ( est instable)

+ problème sous-déterminéX

solution de moindre énergie

Troncature par SVD

solution très sensible au bruit de mesure

problème sous déterminé

Complétion de données et régularisation

0

TT '

S

S '

H G

H G

Formulation matricielle

Matrice fonction du maillage

Vecteur des inconnues

Vecteur contenant des mesures + CL + sources

A X = B

Considérant les mesures internes, le terme source, on veut une estimation des conditions inconnues (flux de chaleur et températures dans le minicanal) On regroupe les inconnues dans X

Problème mal-posé (Hadamard) :

existence,

unicité : moins d’équations que d’inconnues

stabilité : A est mal-conditionnée

30

Régularisation de la solution

Wt-1 tronquée des valeurs (1/wj) trop grandes ou infinies (si wj=0)

Manque d’information dans le système mais stabilité des résultats

Création d’un biais dans les résidus

Compromis entre stabilité et faibles résidus par exemple la courbe en "L" (Hansen 98)

Régularisation avec SVD: Décomposition et troncature

Si A est mal-conditionnée wj ->0 (1/wj ->∞) et les erreurs sont amplifiées

La matrice A’ peut se décomposer telle que A’ = U W VT

U et V (M,M) sont des matrices

orthogonales UTU=VVT=1 W est la matrice

diagonale (M,M) des valeurs singulières wj U V T

jX . diag / w . B1

1

'

0

W

0 0

n n

w

w

si (N+N’)M: la solution est identique à celle obtenue à l’aide des moindres carrés

si (N+N’)<M: on complète la matrice A en ajoutant des lignes de 0 afin d’obtenir une matrice carrée modifiée A’ qui est décomposée. On a M-(N+N’) valeur singulières nulles qui sont éliminées lors de la troncature

T1

TX (U W V) B

2

J( ) X-=X ˆ BA

11 0 0

10 0

0 0 0

p

/ w

/ w

-1tW

X

Beaucoup plus longue qu’une “décomposition” de type LU et pivot de Gauss

Calculs // pour les problèmes transitoires

Attention

Solution

31

Conclusions méthode numérique

“Inverse crime”

Méthode numérique au point : 3D stationnaire et instationnaire avec sources linéiques

Résolution du problème inverse par l’inversion d’un système linéaire

Résolution et régularisation par SVD en calcul parallèle par les librairies Scalapack (Y. Jobic)

Estimation des températures et flux de chaleur le long du minicanal à partir des mesures par

thermocouples

Courbe en "L"Mesures générées par un code direct avec la même méthode et le même maillage que le code inverse

Norme de la solution fonction de la norme des résidus (K=107)

32


Plan de l’exposé












33

Expérience en microgravité

Influence de la gravité

- Ebullition convective- Transferts de chaleur- Structures d’écoulements différentes

Principes

- Flux de chaleur imposé sous le minicanal- Caméra rapide au dessus - Enceinte de confinement- Boucle fluide

Expérience

1.8gµg

Littérature

entrée

sortie

0

50Modélisation

x (mm)

6 mm

1

ciment

12 mm 2

(épaisseur 254 µm)

minicanal

Taille des bulles fonction de la gravité

Vu de

dessous

Vu de

dessus

inconel

chauffage

Référence 1g seulement

34

Mesures expérimentales issues des vols paraboliques

Visualisation directe de deux paraboles

50 secondes de transitoire dues aux changements des conditions de l’expérience

Système non stabilisé au démarrage de la 2ième parabole

3 thermocouples représentés

Températures et niveau de gravité mesurés en fonction du temps

35

Analyse d’une parabole

Pour traiter une parabole entière (70 s) 3D instationnaire

Perturbation en phase de microgravité

Régime quasi-stationnaire en fin de parabole

zone stationnaire

zonetransitoire

zone stationnaire

Zone stationnaire : bruit de mesure de +/- 0.1 °C (chaîne d’acquisition)

Zone transitoire en phase de microgravité : variation de 0.7 °C

Mise en évidence d’une zone stationnaire en fin de phase de microgravité

possibilité d’utiliser une approche 3D stationnaire

Températures et niveau de gravité mesurés en fonction du temps

36

Structures d’écoulements: 1.8g et µg

Caméra rapide à 1000 img/sQm = 0.26 g/sQw = 32 kW/m2

Epaisseur de confinement : 0.454 mmLongueur: 50 mmLargeur: 6 mm

Longueur capillaire: 1.8g 0.72mm (Co = 0.8) 1g 0.96 mm (Co = 1.1) µg 4.3 mm (Co = 5.0)

Structure d’écoulement en 1.8g et 1g similaires et en accord avec les structures classiques : bulles, bouchons…

Structure d’écoulement en µg grosses pôches de vapeur s’écoulant à faibles vitesses

1.8g µg

Modifications des structures

37

Longueur capillaire et structures

1g 1.8g : -26 %: 1g µg : +300 %

1

2σL =

c ρ gL

Hypergravité Microgravité

38

Variation linéaire de la perte de pression totale fonction du titre

Plus la gravité est forte, plus la perte de pression est grande

Hypergravité (1.8g): bulles se développent plus rapidement et leur nombre augmente

Perte de pression

Conditions

Qw=32 kW/m2P=20.3 WDh=0.84

21ReKJK

PZ

f

JZ ≈ 1.8 hypergravitéJZ ≈ 1 gravité normaleJZ ≈ 0.05 microgravité

0210 ReRe KJKPP Zff

outinonacceleratigravityfrictionT PPPPPP

39


Plan de l’exposé












40

Résultats de l’inversion : profil 3D de température

InconelCampagne PF53 Text = 45°CTsat= 54°CQw=32 kW/m2< 1% perte de puissance sur le bilan d’énergie aux frontières

Flux de chaleur distribué totalement sous le minicanal Profil de température croissant dans le minicanal Tsurf > TsatTitre vapeur en sortie (m=1)

Observations

Conditions

41

Profil de la température et du flux de surface

Profil croissant : ébullition convective

Profils en gravité normale (1g) et hypergravité (1.8g) quasi semblables

4 °C de différence sur la température de surface entre 1g et µg

Conditions

PF63J3

Dh=0.84 mm

Longeur capillaire: 1.8g 0.72mm (Co = 0.8) 1g 0.96 mm (Co = 1.1) µg 4.3 mm (Co = 5.0)

Dm=3.3e-4 kg/sU=0.153 m/sP=20.3 W

ˆsurf

surfT

42

h plus grand en entrée du minicanal

Résultats en hypergravité (1.8 g) et gravité terrestre (1g) similaires

Meilleur transfert de chaleur en microgravité (µg)

Coefficient de transfert de chaleur local

PF63J3

Dh=0.84 mm

Dm=3.3e-4 kg/sU=0.153 m/sP=20.3 W

Conditions

S. Luciani, D. Brutin, C. Le Niliot , O. Rahli, L. Tadrist, Flow boiling in minichannels under normal, hyper and microgravity: local heat transfer analysis

using inverse methods, Journal of Heat Transfer, October 2008, Vol. 130, pp 101502-1 1015026-13.

43

Points expérimentaux obtenus à partir des h locaux

Résultats en hypergravité (1.8 g) et gravité terrestre (1g) similaires

Coefficient de transfert de chaleur global

Conditions

PF63J3

Dh=0.84 mm


S. Luciani, D. Brutin, C. Le Niliot , O. Rahli, L. Tadrist,, Influence of gravity on heat transfer during flow boiling conditions inside vertical minichannels: an inverse method for local heat transfer estimation, Journal of Multiphase Science and Technology, Preprint 2009.

44

Écoulement en gravité normale (1g) cohérent avec la littérature

Accord satisfaisant avec nos points expérimentaux

Conditions

PF63J3

Dh=0.84 mm


P=20.3 W

Corrélation en gravité normale (1g)

45

Conclusion expérimentale

Diminution du coefficient de transfert de chaleur lorsque le titre augmente quelque soit le niveau de gravité

Meilleur transfert de chaleur en microgravité (µg) validés

46


Plan de l’exposé












47

Conclusions générales

Influence de la gravité sur l’écoulement

Modification de la valeur du coefficient de transfert : plus grand en microgravité (µg) pour les situations traitées

Résultats similaires en gravité normale (1g) et hypergravité (1.8g) pour les situations traitées

Observation des structures d’écoulement en microgravité et obtention du coefficient d’échanges associées

Amélioration des transferts thermiques selon nos observations pour les situations traitées

Inversion 3D expérimentale avec sources linéiques des mesures TC

Instrumentation et matériaux adaptés à notre problème (3D stationnaire)

Éprouvette servant à la fois pour le chauffage et les mesures (indirectes) du flux

Expérience moins adaptée au 3D instationnaire (faible sensibilité au T, lissage des profils, nombre de conditionnement élevé)

Problème mal-posé => solution très sensible aux erreurs de mesures

SVD : outil de régularisation spatial et temporel efficace avec un niveau de troncature choisi avec la courbe en "L"

Erreur relative due au bruit de mesure et à la position (x, y, z) des capteurs maîtrisée

48

Instrumentation

Application du 3D instationnaire à d’autres cas que l’ébullition convective

Fluxmètre inverse passif à géométrie complexe

Semelle très fine filmée par caméra IR pour limiter les effets inertiels (par exemple avec la A40 du laboratoire qui a déjà volé) calcul des flux directement à partir des images IR

Perspectives

Traitement des données restantes pour confirmer les premiers résultats

Travail à venir

49

Merci de votre attention

50

Add on

51

Publications

S. Luciani, D. Brutin, C. Le Niliot, O. Rahli, L. Tadrist, Influence of gravity on heat transfer duringflow boiling conditions inside vertical minichannels: an inverse method for local heat transfer estimation, Journal of Multiphase Science and Technology, Preprint 2009.

S. Luciani, C. Le Niliot, Local heat transfer estimation in microchannels during convective boilingunder microgravity conditions: 3D inverse heat conduction problem using BEM techniques, Journal of Physics: Conference Series: 6th International Conference on Inverse Problems in Engineering, Novembre 2008, Vol. 135 012067 (8pp).

S. Luciani, D. Brutin, C. Le Niliot, O. Rahli, L. Tadrist, Flow boiling in minichannels under normal, hyper and microgravity: local heat transfer analysis using inverse methods, Journal of Heat Transfer, October 2008, Vol. 130, pp 101502-1 1015026-13.

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Positions des soudures et des fils chauffants à 20 µm près

Erreur max de 10 % sur x et y 12 % d’erreur max sur z

Positions évaluées par photographie avant moulage 2006

Positions évaluées par rayons x ESRF 2007

Erreur sur le couples (x,y,z) des thermocouples

Localisation des positions thermocouples

x

y

y

x

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Sensibilité et X-ray barreau ciment

54

Taux de vide

Amphithéâtre de l’IUSTI

Documents

Transcript of Amphithéâtre de l’IUSTI