Thèse soutenue le 26 octobre 2018 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique appliquée

Résumé :
Ce travail a été effectué dans le cadre d’études de la miniaturisation d’un cryo-réfrigérateur de type tube à gaz pulsé (TGP) et particulièrement pour mieux comprendre l’écoulement et le transfert de chaleur dans un régénérateur, l’élément clé du TGP.
Nous présentons les études numérique et expérimentale du facteur de frottement et du nombre de Nusselt pour les écoulements stationnaires et continus à nombre de Reynolds modéré O(1 − 100) au sein d’un régénérateur micro-fabriqué. L’influence de la porosité et de la géométrie est étudiée. La micro-structure précisément contrôlée représente des canaux incurvés de largeur de 10, 20 et 40 μm et de profondeur de 100 à 300 μm qui forment un réseau de colonnes ayant des profiles de losanges ou sinusoïdaux. Les micro-canaux sont gravés sur un substrat de silicium par la technologie DRIE. Une technologie d’implantation de thermomètres à l’intérieur de la micro-structure de régénérateur a été développée et mise en œuvre. Les performances des micro-régénérateurs ont été étudiées selon deux approches : la première se base sur le rapport des pertes de charges dans l’écoulement et de l’efficacité du transfert thermique (NPH/NTU) ; la deuxième, sur le coefficient de transfert de chaleur globale proposé par Bejan. L’étude numérique de ces deux critères montre tout le potentiel des micro-structures proposées.

Jury :
Président : Stéphane Colin
Rapporteur : Irina Graur Martin
Rapporteur : Arnaud Cockx
Examinateur : Gian Luca Morini
Directeur de thèse : Nicolas Luchier
Co-directeur de thèse : Frédéric Ayela
Encadrants : Manuel Medrano Munoz et Damien Colombet

Mots clés :
Régénérateur, Tube à gaz pulsé, Microfabrication

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