Abstract : One could consider heat pipe as a passive heat transfer componant with a very high thermal conductivity from about 100 to 1000 time the copper conductivity. Wide ranges of use are presented though examples of applications. Heat pipe physical principle is based on phase change heat capacity and closed cycle of saturated fluid flow. We proposed a detailled classification of heat pipes which allows us to restrict our detailled presentation of physical phenomenon into heat pipes. This these deals with circular heat pipes, with or without capillary structures, under very low, terrrestrial or high acceleration field.
Heat transfer limits are presented though a wide litterature survey. Some new assumptions lead to a more physical calculation of the sonic limit.
Moreover, as heat transfer conductances are very important to design a heat pipe, we have sudied many publications to present a survey of knowledge. For a wide range of heat pipes, we deals about the more accurate way to calculate conductances by examining internal physics phenomenon into heat pipes. This leads to modeling heat transfer in thin film taking into account phase change conductance and disjoining pressure concept.
To improve understanding of heat pipe behavior, we developed an experimental equipment which allows testing of heat pipe under artificial acceleration field up to 90 m s-2 at an adiabatique temperature from 0°C to 100°C and for power input up to 1400 W.
Many parametters like adiabatic temperature, power supply, heat flux density, acceleration field (direction and intensity), fluid, wall material, dimensions and capillary structure are explored. Some experimentals resultts are in accordance with our expectations, but many behaviors are unexplained yet, but allows us to direct future research in field which could improve global model or correlations of heat pipe behaviors.
Résumé : Une vision externe du caloduc permet de le considérer comme un système passif de transfert de chaleur assimilable à un matériaux de conductivité thermique 100 à 1000 fois plus importante que le cuivre. Les multiples applications sont évoquées au travers d'exemples. Leur principe de fonctionnement est basé sur l'exploitation du changement de phase liquide vapeur et la circulation d'un fluide à l'état de saturation. Ainsi, nous proposons une classification fine permettant de réduire, aux caloducs circulaires avec ou sans structure capillaire et soumis ou non à des forces de volume, notre analyse détaillée de la physique régissant le fonctionnement des caloducs.
Les différentes limites de fonctionnement sont abordées en détails à partir d'une étude bibliographique importante. Des hypothèses nouvelles sont avancées pour le calcul de la limite sonique.
Au travers d'une vaste étude bibliographique, nous abordons les notions de conductances thermiques dans la zone évaporateur et condenseur du caloduc, que ce soit pour les caloducs ayant une structure capillaire ou pour les thermosiphons à tube lisse. Cette observation minutieuse de la physique interne nous a conduit à examiner, à l'évaporateur, les échanges thermiques à travers des films liquides minces en introduisant la notion de pression de disjonction et de résistance d'évaporation.
D'autre part, un montage expérimental complexe et unique au monde à notre connaissance nous a permis de tester trois caloducs cuivre-méthanol sur une plage de température de [0, 100°C] pour des puissances jusqu'à 1400 W et soumis à des champs d'accélération de 1 à 9 g.
Si une partie des résultats expérimentaux obtenus est conforme à nos attentes, de nombreux comportements restent inexpliqués mais permettent d'orienter les recherches futures pour augmenter la prédictibilité des modèles ou des corrélations sur de vastes gammes d'évolution des paramètres (température, puissance, accélération, fluide, matériau, dimensions, structure capillaire, ...)