Thèse soutenue le 31 août 2023 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique appliquée
Résumé :
Le réfrigérateur à tube à gaz pulsé est une des technologies clés des chaines de refroidissement cryogéniques des satellites cryogéniques. Bien que déjà compacte, il y a un véritable intérêt à réduire la taille de ces réfrigérateurs afin d’optimiser la charge utile des missions spatiales. Le régénérateur est au cœur de la technologie des pulse tubes. Une méthode de miniaturisation prometteuse réside dans l’utilisation des techniques de micro fabrication pour concevoir des échangeurs de type réticulaire de porosité contrôlée. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur l’étude de réseaux de losanges micro-fabriqués dans des écoulements oscillants à des fréquences entre 20 et 150 Hz. En régime stationnaire, les performances hydrauliques de ces dispositifs sont fonction du coefficient de frottement qui peut être exprimé en fonction de la perte de charge au borne du dispositif et du débit. En régime oscillant (où les conditions de pression et de débit varient de façon sinusoïdale), une relation semblable peut-être dérivée. Une étude soigneuse menée durant cette thèse montre que le déphasage entre la perte de charge et le débit qui augmente avec la fréquence joue également un rôle. La microstructure joue également un rôle sur le coefficient de frottement. Une étude analytique étant trop complexe, nous avons mis en place un banc expérimental dédié à la mesure du nombre de Poiseuille associé au coefficient de frottement au travers de la mesure du débit et de la perte de charge au borne du dispositif. Nous avons fabriqué des échantillons comportant un réseau de piliers en forme de losanges de différentes caractéristiques (dimensions et ouverture angulaire) et de différentes porosités. Ces échantillons ont ensuite été mesurés en régimes stationnaire et oscillant. De façon similaire au régime stationnaire, les résultats en régime oscillant montrent une augmentation du nombre de Poiseuille avec l’angle du losange et de la porosité du dispositif. Les mesures semblent également corroborer l’effet du déphasage sur le nombre de Poiseuille. Cela reste toutefois à confirmer, la plage de déphasage balayée par nos échantillons n’étant pas assez étendue.
Jury :
Président : Yves Delannoy
Rapporteure : Christine Barrot-Lattes
Rapporteur : François Lanzetta
Examinatrice : Nadia Caney
Examinateur : Stéphane Colin
Directeur de thèse : Nicolas Luchier
Co-directeur de thèse : Frédéric Ayela
Encadrant : Manuel Medrano Muñoz
Co-encadrant : Damien Colombet
Mots clés :
Thermique, Combustion, Sciences de l'ingénieur, Energie
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