Etude expérimentale des mécanismes d'échanges thermiques dans une conduite contenant un écoulement diphasique d'hélium superfluide
Résumé
This study deals with heat transfer between a pressuried HeII bath and diphasic HeII forced flow. We confirm some previous results revealing an improvement in the heat exchange at high vapor velocity in comparison to what expected. We show that this improvement is caused by a thin liquid film (a few micrometers thick) on the walls. Its thickness is measured by a capacitive sensor. Simultaneously, we detect and characterize a mist of droplets which also appears at high vapor velocity. Thanks to this characterisation, we evaluate the cooling power provided by the droplets when impinging the walls, and compare it to the observed non-linearity of the heat transfer. This approach suggests that the mist is responsible for the generation of the wall film even though we cannot be decisive about it, due to the lack of a complete picture of the drops deposition process.
Cette étude porte sur le transfert thermique entre un bain d'HeII pressurisé et un écoulement forcé d'HeII diphasique. Nous avons confirmé des résultats précédents ayant mis en évidence une amélioration de l'échange thermique à forte vitesse de vapeur par rapport à celui attendu. Nous sommes en mesure d'expliquer cette amélioration par la présence d'un film liquide de quelques microns sur les parois, mesuré par une sonde capacitive pariétale. En parallèle, nous avons détecté et caractérisé un brouillard de gouttes qui apparaît également à forte vitesse de vapeur. A partir de cette caractérisation, nous avons tenté d'estimer la puissance frigorifique fournie par les gouttes heurtant la paroi, pour la comparer aux non-linéarités observées du transfert thermique. Cette approche suggère que c'est bien le brouillard qui conduit à la formation du film en paroi, même si, faute d'un modèle complet de dépôt des gouttes, nous ne pouvons confirmer définitivement ce scénario.