Étude et développement d’un micro échangeur de chaleur par l’application des nano suspension

Abstract

Les progrès technologiques récents ouvrent de nouvelles perspectives pour les composants électroniques qui deviennent de plus en plus puissants et compacts. Cette situation a engendré la nécessité de concevoir et de produire de nouveaux dissipateurs thermiques particulièrement, dans le domaine électronique. Par conséquent, de nombreux systèmes de refroidissement ont été étudiés dans le but d'améliorer le transfert de chaleur et donc d'augmenter l'efficacité des systèmes de refroidissement. Notre étude s’inscrit dans cette démarche et pour objectif la conception et la réalisation d’un système de refroidissement liquide à micro-canaux pour des applications électroniques. Les performances de ce système seront évaluées expérimentalement et numériquement dans les conditions stationnaires. À cet effet, nous avons développé un banc d’essais expérimental autour d’un composant chauffant qui génère des puissances de 50, 80 et 120 W, trois types de dissipateurs de chaleur ont été évalués. A partir de ce banc d’essais expérimental, dans une première étape d’étalonnage et de référence, des tests ont été menées sur deux systèmes de refroidissement à air, dissipateurs thermiques à ailettes de forme simple et de forme constructale. Dans une seconde étape, nous avons expérimenté le système de refroidissement liquide par l'utilisation d'un micro échangeur de chaleur à base d’oxyde de titane TiO2 pour des nombres de Reynolds de 500, 1000 et 2000 à des concentrations massiques des nanoparticules de TiO2 de 0, 1 et 5 % dans l’eau pure. Les résultats obtenus à partir des systèmes à air confirment les résultats trouvés dans la littérature et valident ainsi notre système expérimental. Ceux trouvés avec le micro échangeur à nanoparticules de TiO2 montrent un meilleur échange thermique quel que soit le nombre de Reynolds. Également une diminution de la température du composant chauffant avec l'augmentation de la concentration allant jusqu’à 12 % par rapport à l'eau pure. Pour une efficacité optimale du micro échangeur de chaleur, une approche numérique a montré que la limite de la température des nano suspensions ne doit pas dépasser 65 °C.