Dans le cadre d’une contribution à la modélisation des caloducs oscillants, le modèle mis en place se résume à une bulle seule se déplaçant dans un tube de dimension capillaire.Une densité volumique de chaleur est considérée dans la paroi du capillaire, et la température de référence considérée n’est pas la température de saturation de la phase vapeur,mais la température extérieure au tube ce qui permet la variation de la température de saturation dans le temps et une meilleur adéquation du modèle avec la réalité. La résolution du modèle est effectuée par étapes selon la technique de perturbation du domaine,et les effets physiques de moindres importances peuvent être ajoutés au problème simplifié, en particulier les effets inertiels. Cette résolution a permis de définir une nouvelle corrélation portant sur la hauteur de film déposé par le bouchon liquide en mouvement en fonction du nombre capillaire et d’un nombre d’évaporation représentant l’intensité du chargement thermique. Ce modèle permettra aussi d’étudier l’influence réciproque des champs de vitesse et de température sur le bouchon de liquide devant le ménisque en déplacement. La résolution du problème associé à la partie arrière de la bulle met en évidence la formation d’un bourrelet de liquide entre le film de liquide déposé à la paroi et le ménisque arrière. La taille de ce bourrelet est fortement dépendante de la densité de flux de chaleur imposée à la paroi. Dans le cas o`u le ménisque arrière remouille un film adsorbé laissé à la paroi après assèchement du film, la ligne triple présente des ondulations axiales dues à son déplacement, et non au chargement thermique. La densité de flux de masse évaporée à l’interface liquide-vapeur entraîne une modification non seulement de la température de saturation, mais aussi de la masse de la bulle. Un modèle thermodynamique de la phase vapeur a ´et´e mis en place pour étudier les paramètres importants influençant les variations temporelles des caractéristiques géométriques et thermodynamiques de la bulle. / The model of a single bubble moving in a capillary tube is written as a contribution to the modeling of Pulsating Heat Pipes. A constant heat load is considered at the wall, and the reference temperature of the problem is defined to be the outside medium temperature, which is closer to reality, and thus allowing the saturation temperature of the vapor phase to vary. Using domain perturbation techniques, a step-by-step resolution ofthe model is implemented, allowing minor physical effects to be taken into consideration,for example the inertial effect on the receding meniscus. A new correlation is proposed on the thickness of the liquid film deposited by the receding meniscus, by means of the capillary number and an evaporation number representing the thermal condition. The velocity and temperature fields in the liquid plug ahead of the meniscus can also be obtained. The resolution of the problem associated with the rear-end of the bubble,where the rear meniscus advances on either a micrometric liquid film or an adsorbed film left by the dry-out of the capillary wall, shows a corrugating liquid-vapor interface.The magnitude of these corrugations is strongly dependent on the value of the heat load applied at the wall. In the case of wall rewetting, the interface corrugations at the triple line are due to its displacement, and not to the thermal boundary condition. Because the evaporative mass flux through the liquid-vapor interface modifies the vapor bubble mass, a complete transient thermodynamical model of the bubble is implemented. In this case, the important parameters controlling the kinematics, dynamics and thermodynamics of the bubble were identified.

Le caloduc oscillant est étudié depuis plus d'une vingtaine d'années, mais n'est utilisé, pour l'instant,que pour le refroidissement de composants électroniques. Il y a actuellement un engouement pour élargir l'utilisation de cette technologie au refroidissement d'équipements dissipatifs embarqués. Toutefois, malgré de nombreuses études expérimentales et numériques, Je comportement chaotique d'un caloduc oscillant rend difficile la prévision de son fonctionnement dans des conditions encore jamais rencontrées. Avant de pouvoir l'implémenter dans une application liée au transport, il est nécessaire de s'intéresser aux conditions sévères qu'un caloduc oscillant pourrait rencontrer dans un tel contexte.La présente étude porte sur la validation expérimentale de l'utilisation d'un caloduc oscillant sous diverses conditions sévères. Pour cela, un premier dispositif permet l'observation du comportement du caloduc oscillant lors de variations temporelles des conditions opératoires observées durant un trajet aérien type, ou durant La présence de vibrations mécaniques. Le caloduc oscillant prouve ainsi son utilisation possible dans ce contexte. Deux autres dispositifs permettent l'analyse des performances et limites de fonctionnement pour des puissances (8,4 kW) et densités de puissances thermiques (53 W/cm2) bien supérieures à ce qui est observé classiquement dans la littérature. L'eau s'est montrée le fluide. le plus propice à ces niveaux de puissances,comparée au pentane et au méthanol. Ces deux dispositifs permettent également l'observation du comportement lors d'une répartition uniforme ou non de la puissance thermique injectée sur différentes sources chaudes. Des études paramétriques ont été menées sur les différents dispositifs pour les trois fluides de travail, couplées à des visualisations infrarouges, et permettent d'approfondir la compréhension de l'influence des conditions opératoires: le taux de remplissage, la répartition de la puissance et la température de source froide influencent de façon importante non seulement les performances, mais aussi la limite d'assèchement du caloduc oscillant. / The pulsating heat pipe has been studied for more than twenty years, but is, for the time being, only used for the cooling of electronic components. Tbere is currently a keen interest in expanding the use of this technology to the cooling of embedded dissipative equipment. However, despite numerous experimental and numerical studies, the chaotic behavior of an pulsating heat pipe makes it difficult to predict its functioning under conditions never before encountered. Before being able to implement it in a transport-related application,it is necessary to consider the severe conditions that a pulsating heat pipe could encounter in such a context.The present study deals with the experimental validation of the use of a pulsating heat pipe under various severe conditions. For this purpose, a first device is made to observe the behavior of the pulsating heat pipe during temporal variations of the operating conditions observed during a typical flight or during the presence of mechanical vibrations. The pulsating heat pipe thus proves its possible use in this context. Two other devices serve the analysis of performance and operating limits for powers (8.4 kW) and heat flux densities(53 W/cm2) much higher than conventionally observed in the literature. Water is the most favorable fluid at these power levels, compared to pentane and methanol. These two devices also make it possible to observe the behavior during a uniform or non-uniform distribution of the injected thermal power on various hot sources. Parametric studies have been carried out on the various devices for the three working fluids, coupled with infrared visualizations, to deepen the understanding of the influence of the operating conditions: the filling ratio,power distribution and cold source temperature not only significantly influence performance but also the drying limit of the pulsating heat pipe.

Nous étudions expérimentalement le comportement d'un film liquide, dit de Landau-Levich, lorsqu'il s'évapore dans une atmosphère constituée uniquement de sa vapeur.La dynamique de ce type de film est un paramètre-clef qui gouverne le fonctionnement des caloducs oscillant (en anglais PHP - Pulsating Heat Pipes). Les PHP sont des liens thermiques de forte conductance. Les recherches récentes leur attribuent un pouvoir de refroidissement très élevé, ce qui les rend particulièrement convoités par l'industrie. Leur géométrie est simple : il s'agit d'un tube capillaire enroulé en plusieurs branches entre une partie froide (condenseur) et une partie chaude (évaporateur). Le tube est rempli d'un fluide pur diphasique, c'est-à-dire présent sous la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Lorsque la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur dépasse un certain seuil, les bulles et bouchons commencent à osciller dans le tube, entre les deux parties, ce qui permet au PHP de transférer la chaleur.Notre installation expérimentale représente un PHP dans sa configuration la plus simple, à branche unique. Une interface liquide-vapeur oscille dans un tube de section rectangulaire, et dépose un film liquide à chaque passage. Nous nous intéressons au mécanisme qui permet l'entretien de l'oscillation de l'interface, et fixe sa fréquence. L'équation de mouvement obtenue prend en compte la dissipation visqueuse engendrée par un écoulement oscillant. Dans les modèles actuels de PHP, l'hypothèse d'un écoulement de type Poiseuille est formulée. Or, notre approche montre que l'hypothèse d'un écoulement faiblement inertiel est mieux adaptée, conduit à une dissipation deux fois supérieure.Le dispositif expérimental permet l'observation du film. Une combinaison originale de méthodes optiques permet également de mesurer sa longueur et son épaisseur, et de reconstruire son profil 3D à chaque instant. Nous pouvons suivre l'évolution du film tout au long de sa durée de vie, et ainsi analyser son comportement dynamique. Le film est presque plat (pente inférieure à 0,1°). Sur toute sa longueur, qui est de quelques centimètres, cela correspond à une variation de son épaisseur de moitié, la valeur moyenne étant de 50 microns. Sous l'effet du chauffage, le film se rétracte progressivement. Dès le début de son évaporation, un bourrelet de démouillage est formé sur le pourtour du film, près de la ligne triple. L'apparition de ce bourrelet est caractéristique d'un démouillage visqueux sous conditions de non-mouillage. Ce comportement est surprenant, dans la mesure où nous avons choisi un fluide mouillant parfaitement la paroi en conditions isothermes. A l'échelle nanométrique, au plus près de la ligne triple, l'angle de contact entre le liquide et la paroi est donc très faible. Nous mesurons cependant un grand angle apparent (c'est-à-dire visible à l'échelle millimétrique), qui augmente avec la surchauffe de la paroi. Dès l'augmentation de cet angle, le bourrelet de démouillage se forme, et le film se rétracte. Ce phénomène est expliqué par l'évaporation à l'échelle microscopique. Les résultats expérimentaux sont en accord quantitatif avec la théorie développée par d'autres chercheurs. / We experimentally study the behavior of liquid films - so called Landau-Levich films - when they evaporate in their pure vapor atmosphere.The dynamics of this film is a key parameter that rules out the functioning of Pulsating Heat Pipes (PHPs). PHPs are high conductive thermal links. Their heat transfert capability is known to be extremely high. For this reason they are promising for numerous industrial applications. Their geometry is simple. It is a capillary tube bent in several branches that meander between a hot part (called evaporator) and a cold part (called condenser), and filled up with a pure two-phase fluid. When the temperature difference between evaporator and condenser exceeds a certain threshold, gas bubbles and liquid plugs begin to oscillate spontaneously back and forth inside the tube and PHP starts transferring the heat.Our experimental setup features the simplest, single branch PHP. A liquid/vapor interface oscillates in a tube. It deposits a liquid film at each passage. We focus first on the mecanism which makes possible self-sustained interface oscillations and defines its frequency. The obtained motion equation accounts for the viscous dissipation caused by oscillatory flow. In existing PHP modelling, a laminar flow is supposed. Yet, our approach shows that the assumption of weakly inertial flow is preferable and leads to a dissipation rate twice larger that the Poiseuille flow.The experimental setup allows the film visualization. An original combination of optical measurement techniques lets us measure the film length, thickness and 3D-profile at all times. The film evolution has been measured during its whole lifetime. The film is nearly flat (its slope is smaller than 0,1°). The film length is of several centimeters, and the average thickness is 50 microns. Thus, along the total length, its thickness decreases by half. Under heating conditions, the film gradually recedes. A dewetting ridge is formed, near the triple contact line. Such a behavior is typical under non-wetting conditions. At the nanometric scale the contact angle between the liquid and the solid wall is very low. However, we measure a large apparent contact angle (visible at the millimetric scale) which increases with the wall superheating. Once this angle increases, the dewetting ridge is formed and the film recedes. The large apparent contact angle is explained by evaporation in the microscopic vicinity of the contact line. The measured apparent contact angle value agrees quantitatively with theoretical results obtained by other researchers.