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Capillary pumped loop (CPL) and loop heat pipe (LHP), are two-phase heat transport devices which rely on surface tension induced by a fine pore wick to drive a working fluid in a loop. These are based on a working principle similar to that of heat pipes -closed evaporation and condensation cycle being maintained by capillary pumping. CPLs and LHPs are gaining importance as a part of the thermal control system of modern high power spacecraft, electronic thermal management, cryogenics, etc. A mathematical model to simulate the thermo-hydraulic performance of CPLs and LHPs is developed to aid in the design of such a spacecraft thermal control system. In this study a unified mathematical model to estimate thermal and hydraulic performance of a CPL and an LHP -with a two-phase or a hard-filled reservoir is presented. The steady state model is based on conservation of energy and mass in the system. Heat exchanges between the loop and the surroundings and pressure drops in the loop are calculated. The constant conductance regime in a CPL or an LHP occurs when the reservoir is hard-filled. It also occurs in an LHP if the condenser is fully utilised. The heat leak across the wick becomes significant in a hard-filled LHP since the core is no longer saturated and hence the mass flow rate must be calculated using an energy balance on the outer surface of the wick. Theoretical studies indicate that the core of a hard-filled CPL and LHP is always sub-cooled. Hard-filled LHPs (with a bayonet) cannot be operated under all conditions. If the heat exchange between the compensation chamber (of an LHP with bayonet) and the ambient is small then such an LHP will not deprime if the hard-filling occurs before the condenser opens. Deprime due to hard-filling is not expected if it occurs after the condenser opens. A laboratory model is built to demonstrate the operation of these two devices and to correlate the theoretical predictions with the experimental observations. The CPL/LHP laboratory model is fabricated and designed so that different evaporator and reservoir designs can be integrated into the test-rig and tested with different working fluids. Experiments are conducted on a three-port CPL with a tubular axially grooved (TAG) evaporator. This CPL is operated with three different fluids -namely -Ammonia, Acetone and R134a. The CPL is operated for heat loads in the range of 75W to 400W with sink temperatures of -10◦C and 0◦C. The influence of reservoir temperature (35◦C and 43◦C) is also studied. The TAG evaporator is modified to operate in an LHP mode with R134a as the working fluid with heat loads in the range of 75W to 150W. This LHP does not exhibit typical “√” shaped operating characteristic due to large liquid inventory in the compensation chamber (CC). The R134a based LHP results suggest that large liquid inventory (in the CC) and absence of secondary wick significantly influence the thermal coupling between the core and the compensation chamber. Experiments are also conducted with a flat plate (FP) evaporator, in LHP operating mode, with Ammonia as the working fluid. This LHP can transport heat loads from 25W to 300W with a sink temperature at -15◦C. The experimental results indicate that ammonia is the best working fluid (moderate temperature regime) among all the working fluids tested, and that evaporation heat transfer coefficients in sintered Ni-wick are better. The correlation of the predicted temperatures on the transport lines and the saturation temperature (in LHPs) with the observations is good. Some of the salient conclusions from these experiments are that mass of charge can significantly influence the operating characteristics of a TAG LHP, even though the fluid in the CC is in two-phase condition. Theoretical predictions can be significantly affected when thermal and hydraulic development lengths in the condenser are comparable with the length of the sub-cooling section.

France Télécom possède des armoires de télécommunication dont la puissance est limitée à cause de la dissipation thermique des équipements actifs qui entraîne une augmentation de leur température interne. La puissance des équipements limite le nombre de clients qu'il est possible de connecter aux services des réseaux à hauts débits. En plus de cette contrainte, les armoires sont soumises à des effets liés au climat (ensoleillement) qui peuvent être sévères et difficiles à maîtriser. Ceci nécessite l'intégration de systèmes de refroidissement permettant de maintenir la température des composants en dessous de la limite imposée (55°C). C'est dans cet objectif que ce travail de thèse a été mené au sein du laboratoire FEMTO-ST en collaboration avec le service R&D de France Télécom à Lannion. Le refroidissement par changement de phase est favorisé pour maintenir la température de fonctionnement du système stable et pour être utilisé dans les systèmes à haute densité de puissance. Les boucles diphasiques sont des systèmes de refroidissement pour le contrôle thermique et fonctionnent passivement sans pompage mécanique du fluide caloporteur. Après une étude bibliographique sur les boucles de refroidissement diphasiques et leurs applications, on a constaté que les boucles thermosiphons sont particulièrement adaptées aux applications où le faible coût, l'efficacité énergétique et la fiabilité d'entretien sont souhaités. Cette étude a été conduite en suivant un cahier de charge proposé par France Télécom qui consiste à : (i) développer un modèle numérique permettant de modéliser les transferts échangés entre l'armoire de télécommunication et le milieu ambiant, (ii) mener une étude expérimentale en vue de concevoir une boucle thermosiphon pour le refroidissement d'armoires de télécommunication.Le mémoire de cette thèse montre la limitation des systèmes de refroidissement classiques utilisant des écoulements d'air en convection forcée ou autre fluides sans changement de phase. Un modèle numérique est développé afin de permettre la prédiction des températures à l'entrée des boitiers chauffants pour différentes conditions climatiques. Le choix est porté sur l'utilisation d'une modélisation par réseau nodal. La modélisation est effectuée en tridimensionnel et en régime transitoire. Nous avons également modélisé le rayonnement solaire auquel est soumise l'armoire de télécommunication. Le modèle développé a été validé en effectuant une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et ceux obtenus à partir des expériences menées au laboratoire et à la plateforme CLIMA chez France Télécom. Les essais sont effectués en régime transitoire en imposant une puissance électrique et en faisant varier la température ambiante ou la densité de flux thermique solaire. L'ensemble des résultats obtenus ont permis de constituer une base de données. Le deuxième objectif fixé dans le cadre de ce travail de thèse est la conception d'un système de refroidissement sous forme d'une boucle thermosiphon. La contrainte principale qui a guidée cette conception était le fait que la boucle doit refroidir l'armoire et assurer une température d'air à l'entrée des équipements inférieure à la limite imposée par la norme ETSI. Ceci nous a mené à concevoir un prototype de boucle thermosiphon dont la puissance thermique qu'il doit dissiper est imposée. On a montré que ce prototype permet de dissiper des puissances thermiques allant jusqu'à 470 W en utilisant une petite charge de npentane. Nous avons effectué des essais sur le refroidissement du prototype d'armoire de télécommunication en utilisant la boucle thermosiphon légèrement modifiée. On montre que les performances thermiques obtenues en utilisant un mode de refroidissement en boucle thermosiphon sont meilleures. Les boucles thermosiphons semblent intéressantes pour un refroidissement passif de matériels déployés dans un réseau de télécommunication...

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Les boucles diphasiques à pompage thermo-capillaire de type LHP (pour Loop Heat Pipe, en anglais), dont le fonctionnement s’apparente à celui d’un caloduc, permettent un transfert de chaleur particulièrement efficace et entièrement passif entre une source chaude et une source froide. Ce transfert s’effectue au moyen d’un fluide diphasique, mû grâce à la force motrice capillaire générée par un matériau poreux contenu dans l’évaporateur/réservoir de la LHP. Outre son rôle de barrière hydraulique entre les phases liquide et vapeur, ce matériau doit assurer une fonction de barrière thermique afin de favoriser l’évaporation du liquide. L’aptitude du matériau à remplir ses fonctions dépend étroitement de sa microstructure, elle-même liée à la méthode de fabrication. Dès lors, l’objectif de la thèse est d’associer la science des matériaux à celle de la thermique, pour améliorer les procédures de fabrication de structures capillaires existantes ou tester de nouvelles méthodes, et aboutir à des structures dont les caractéristiques sont en adéquation avec celles qui sont recherchées. / The capillary pumped loops (CPL) or loop heat pipes (LHP), whom the operating principle is similar to classic heat pipes, enable an efficient heat transfer between a hot source and a cold source without additional energy sources. Indeed, a porous structure provides a capillary force that enables a two-phase fluid to circulate around the loop, transferring the heat from the evaporator to the condenser. The porous structure acts as a hydraulic barrier between the two phases and as a thermal barrier enabling the liquid evaporation. The ability of the capillary structure to fulfil its mission depends on its microstructure, and thus on the manufacturing process. Therefore, the objective of the present thesis is to join the thermal sciences with the material sciences in order to improve the existing manufacturing procedure or even to test new ones. It aims at obtaining capillary structures corresponding to heat transfer applications.

France Télécom possède des armoires de télécommunication dont la puissance est limitée à cause de la dissipation thermique des équipements actifs qui entraîne une augmentation de leur température interne. La puissance des équipements limite le nombre de clients qu'il est possible de connecter aux services des réseaux à hauts débits. En plus de cette contrainte, les armoires sont soumises à des effets liés au climat (ensoleillement) qui peuvent être sévères et difficiles à maîtriser. Ceci nécessite l’intégration de systèmes de refroidissement permettant de maintenir la température des composants en dessous de la limite imposée (55°C). C’est dans cet objectif que ce travail de thèse a été mené au sein du laboratoire FEMTO-ST en collaboration avec le service R&D de France Télécom à Lannion. Le refroidissement par changement de phase est favorisé pour maintenir la température de fonctionnement du système stable et pour être utilisé dans les systèmes à haute densité de puissance. Les boucles diphasiques sont des systèmes de refroidissement pour le contrôle thermique et fonctionnent passivement sans pompage mécanique du fluide caloporteur. Après une étude bibliographique sur les boucles de refroidissement diphasiques et leurs applications, on a constaté que les boucles thermosiphons sont particulièrement adaptées aux applications où le faible coût, l'efficacité énergétique et la fiabilité d’entretien sont souhaités. Cette étude a été conduite en suivant un cahier de charge proposé par France Télécom qui consiste à : (i) développer un modèle numérique permettant de modéliser les transferts échangés entre l’armoire de télécommunication et le milieu ambiant, (ii) mener une étude expérimentale en vue de concevoir une boucle thermosiphon pour le refroidissement d’armoires de télécommunication.Le mémoire de cette thèse montre la limitation des systèmes de refroidissement classiques utilisant des écoulements d’air en convection forcée ou autre fluides sans changement de phase. Un modèle numérique est développé afin de permettre la prédiction des températures à l’entrée des boitiers chauffants pour différentes conditions climatiques. Le choix est porté sur l’utilisation d’une modélisation par réseau nodal. La modélisation est effectuée en tridimensionnel et en régime transitoire. Nous avons également modélisé le rayonnement solaire auquel est soumise l’armoire de télécommunication. Le modèle développé a été validé en effectuant une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et ceux obtenus à partir des expériences menées au laboratoire et à la plateforme CLIMA chez France Télécom. Les essais sont effectués en régime transitoire en imposant une puissance électrique et en faisant varier la température ambiante ou la densité de flux thermique solaire. L’ensemble des résultats obtenus ont permis de constituer une base de données. Le deuxième objectif fixé dans le cadre de ce travail de thèse est la conception d’un système de refroidissement sous forme d’une boucle thermosiphon. La contrainte principale qui a guidée cette conception était le fait que la boucle doit refroidir l’armoire et assurer une température d’air à l’entrée des équipements inférieure à la limite imposée par la norme ETSI. Ceci nous a mené à concevoir un prototype de boucle thermosiphon dont la puissance thermique qu’il doit dissiper est imposée. On a montré que ce prototype permet de dissiper des puissances thermiques allant jusqu’à 470 W en utilisant une petite charge de npentane. Nous avons effectué des essais sur le refroidissement du prototype d’armoire de télécommunication en utilisant la boucle thermosiphon légèrement modifiée. On montre que les performances thermiques obtenues en utilisant un mode de refroidissement en boucle thermosiphon sont meilleures. Les boucles thermosiphons semblent intéressantes pour un refroidissement passif de matériels déployés dans un réseau de télécommunication... / France Telecom owns telecommunication cabinets whose power is limited because of the heat dissipation of active devices which leads to increased internal temperature. Power equipment limits the number of clients that can connect to networks services with high data rates. In addition to this constraint, the cabinets are subject to climate-related impacts (sunlight) that can be severe and difficult to master. This requires the integration of cooling systems to maintain the temperature of components below the limit (55 ° C). It is with this aim that this work was conducted in the laboratory Femto-ST in collaboration with the R & D department of France Telecom in Lannion.Cooling the phase change is promoted to maintain the operating temperature of the stable and system for use in systems with high power density. The loops are two-phase cooling systems for thermal control and operate passively without mechanical pumping of the coolant.After a literature review on two-phase cooling loops and their applications, it was found that the thermosyphon loops are particularly suitable for applications where low cost, energy efficiency and reliability maintenance are desired. This study was conducted by following a set of specifications proposed by France Telecom which involves: (i) develop a numerical model to model transfers exchanged between the cabinet and the telecommunications environment, (ii) conduct an experimental study to design a thermosyphon loop for cooling telecommunication cabinets.The memory of this thesis shows the limitation of conventional cooling systems using air flow forced convection or other fluids without phase change. A numerical model is developed to enable the prediction of temperatures at the inlet of heated enclosures for different climatic conditions. The choice is focused on the use of a nodal network modeling. The modeling is done by three-dimensional and transient. We also modeled the solar radiation, which applies to the telecommunications closet. The developed model was validated by comparison between the results of modeling and those obtained from experiments in the laboratory and platform CLIMA at France Telecom. The tests are performed by imposing transient electrical power and varying the temperature or heat flux density solar. All the results obtained allowed to establish a database.The second goal as part of this thesis is the design of a cooling system as a thermosyphon loop. The main constraint has guided this design was that the loop needs to cool the cabinet and provide air temperature at the inlet of the equipment below the limit imposed by the ETSI. This led us to design a prototype of thermosyphon loop with a heat output that must be dissipated is imposed. We showed that this prototype is used to dissipate the heat ratings up to 470 W using a small load of npentane.We conducted tests on the prototype cooling telecommunication cabinet using slightly modified thermosyphon loop. We show that the thermal performance obtained by using a cooling mode loop thermosyphon are better. Thermosyphon loops seem interesting for passive cooling of equipment deployed in a telecommunications network. Indeed, being able to use an air conditioning system independent and requires no energy should be promoted in a reduction of overall energy consumption.

En la presente Tesis Doctoral se estudió el efecto de la incorporación de aceites poliinsaturados, α-tocoferol y minerales en piensos sobre la composición en ácidos grasos, el contenido en α-tocoferol, la oxidación (índice del ATB) y la susceptibilidad a la oxidación (método inducido del naranja de xylenol) de plasma, hígado y carne de conejo. También se estudiarion los efectos de la cocción y la conservación a refrigeración de la carne cocida sobre estos parámetros. En un primer estudio se ensayaron diferentes dosis y tipos (girasol y linaza) de grasas en pienso, y la suplementación de la dieta con AT (100 mg/kg). Dosis y tipo de aceite, así como la suplementación con AT modificaron la composición en AG de plasma, hígado y carne, tanto por incorporación de AG de la dieta, como por modificación de la biosíntesis de ciertos AG. También alteraron la oxidación (índice del ATB) y la susceptibilidad a la oxidación (índice del naranja de xilenol o FOX) de plasma, hígado y carne de conejo. Cocción y refrigeración produjeron incrementos en la oxidación de la carne, que fueron menores tras suplementar las dietas con AT, siendo esto menos efectivo cuando los piensos contenían un 3% de linaza. El contenido en α-tocoferol del plasma fue indictivo del contenido en α-tocoferol de hígado y carne, y de su estado oxidativo. La cocción y la refrigeración de la carne cocida implicaron una pérdida de α-tocoferol y un incremento en la oxidación de la carne. La evaluación de la susceptibilidad a la oxidación mediante el método inducido del naranja de xilenol fue un buen predictor de la oxidación alcanzada tras la cocción. Entre los tratamientos estudiados, el que ofreció una composición en AG nutricionalmente más favorable y una mejor estabilidad oxidativa fue el que contenía 1,5% de linaza y 100 mg/kg de AT. En el segundo estudio se ensayaron diferentes niveles de oxidación en el aceite añadido a los piensos (sin oxidar, alto contenido en compuestos de oxidación primaria, y alto contenido en compuestos de oxidación secundaria), y la suplementación con AT y con Zn. La incorporación de aceites oxidados a los piensos no modificó de forma sustancial la composición en AG de plasma, hígado y carne de conejo, ni su oxidación. Sin embargo, cuando el aceite presentaba un alto contenido en compuestos de oxidación primaria, se redujo el contenido en αT en ellos, y aumentó la oxidabilidad en carne de conejo. Ésta fue reducida por la suplementación con AT, pero de forma menos efectiva cuando el aceite del pienso presentaba un alto contenido en compuestos de oxidación primaria. El contenido en Zn, Fe o Se en la carne no se modificó por los factores estudiados, pero la suplementación con Zn redujo en contenido en Cu en la carne, aunque esto no afectó a su oxidación. Tal como sucedió en el primer estudio, la cocción y la refrigeración aumentaron la oxidación en la carne, pero los valores de ATB alcanzados fueron menores que en el primer estudio. La evaluación de la susceptibilidad a la oxidación en carne cruda mediante el método inducido del naranja de xilenol fue indicativa de la oxidación alcanzada en la carne tras la cocción. / The effects of the addition of different doses and sources (sunflower and linseed oil) of polyunsaturated oils to rabbit feeds, as well as the dietary supplementation with α-tocopheryl acetate (TA) on the fatty acid composition, the α-tocopherol content, the oxidation (TBA value) and the susceptibility to oxidation (FOX value) of rabbit plasma, liver and meat were assessed. The fatty acid composition of rabbit plasma, liver and meat was modified by the dose and source of oil added to feeds, and the dietary supplementation with TA, both by direct incorporation of fatty acids from diets and by the modification of some biosynthetic pathways. Also, liver and meat oxidation and susceptibility to oxidation were altered. Cooking and refrigeration of cooked meat decreased its α-tocoferol content and increased its TBA value. This increase was lower in meats from TA supplemented diets. From the studied diets, the 1.5% linseed oil (plus 1.5% animal fat) and 100 mg/kg of TA was the diet that produced meat with a more nutritionally favorable fatty acid composition and a better oxidative stability. In a second study, the effects of the addition of oils with a different oxidation level (not oxidized, high content of primary oxidation compounds or high content of secondary oxidation compounds) to rabbit feeds on the fatty acid composition, α-tocopherol content, oxidation (TBA value) and susceptibility to oxidation (FOX value) were assessed. Also, the effects of the dietary supplementation with TA and zinc were assessed. The incorporation of oxidized oils to feeds did not substantially alter the fatty acid composition of rabbit plasma, liver and meat, but when oil presented a high content of primary oxidation compounds it led to a reduced α-tocopherol content in rabbit plasma, liver and meat, as well as to an increase in meat susceptibility to oxidation. This was reduced by the dietary supplementation with TA, but it was less effective than when the oil added to feeds was not oxidized or contained a high content of secondary oxidation compounds.