CONCLUSION GENERALE
Au terme de ce travail, la présente section
récapitule les principaux résultats obtenus dans cette
étude. Les perspectives immédiates qu'ouvre la présente
étude sont aussi évoquées.
Dans ce mémoire, une étude numérique
relative aux transferts thermiques, se manifestant lors de la fusion d'un
matériau à changement de phase dans une enceinte chauffée
par des sources de chaleur protubérantes, est présentée.
Un modèle mathématique, basé sur les équations de
conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de
mouvement, a été développé pour le puits de chaleur
proposé. Ensuite, ce modèle, traduit en un code numérique
basé sur la méthode des volumes de contrôle, a
été développé puis confronté aux
résultats expérimentaux disponibles dans la littérature.
Plusieurs investigations numériques ont été
effectuées pour analyser les comportements thermique et hydrodynamique
du système de refroidissement proposé. Les principaux
résultats dégagés, de cette étude, peuvent
être récapitulés comme suit:
- L'analyse des variations temporelles des températures
moyennes des sources de chaleur, relatives à la configuration de base,
montre que l'évolution de la température moyenne de chaque source
passe par trois phases principales. Durant la première phase, le
transfert de chaleur dans la couche du MCP liquide, formée proche des
parois chaudes, est dominé par la conduction. Durant la deuxième
phase, le transfert de chaleur par convection prévaut, et la
température moyenne des sources de chaleur demeure constante : il s'agit
du régime quasistationnaire. Quant à la dernière phase
(lorsque le processus de fusion s'approche à sa fin), elle est
marquée par une augmentation brusque des températures moyennes
des sources de chaleur.
- La durée de fusion est d'autant plus courte que le
nombre de Rayleigh est élevé ;
- L'accroissement du nombre de Rayleigh entraîne une
surchauffe rapide des sources de chaleur ;
- Aux valeurs élevées du nombre de Ra,
correspond une stratification rapide du champ thermique dans la partie
supérieure de la cavité, tandis que pour le cas des sources de
chaleur à faible puissance, les isothermes sont nettement
inclinés ;
- Pour la plage considérée du nombre de Rayleigh,
plus de 41 % de la puissance générée par
les sources de chaleur est transférée à la
plaque conductrice et convectée, ensuite, au MCP liquide ;
- Environ, 55 % de la puissance générée par
les sources de chaleur est transférée au MCP à travers
leurs surfaces, exposées à l'écoulement ;
-Durant le régime quasi permanent, la fusion du MCP
absorbe plus de 97 % de la puissance générée par les
sources de chaleur ;
- Les trois sources de chaleur sont bien refroidies quand
elles sont positionnées en bas de la cavité. Lorsque elles sont
déplacées vers le haut de la cavité, la source de chaleur
supérieure est rapidement surchauffée et sa température
adimensionnelle atteint la valeur critique.
- Les profils de température verticaux
présentent des maximums locaux localisés prés des sources
de chaleur ;
- La position et la forme du front de fusion et la structure
des isothermes dépendent étroitement de la position des sources
de chaleur ;
- Pour le cas des sources de chaleur situées dans la
partie supérieure de la cavité, un bloc de MCP solide reste dans
la partie inférieure de la cavité. Ce puits de chaleur refroidi
inutilement la portion de la plaque située en dessous de la source de
chaleur inférieure ;
- Lorsque les sources de chaleur sont placées en bas de
la cavité, un bloc de MCP solide se détache et se localise devant
la source de chaleur située en haut de la cavité. Ce bloc de MCP
joue le rôle d'un puits de chaleur pour la source de chaleur
supérieure ;
- Plus la diffusivité thermique du substrat est
élevée, plus la montée de la température moyenne
adimensionnelle des sources de chaleur est lente ;
- Existence d'une valeur optimale de la diffusivité
thermique du substrat correspondant à un meilleur refroidissement des
sources de chaleur, durant le régime quasi-stationnaire ;
- L'accroissement de la diffusivité thermique du
substrat réduit la température maximale adimensionnelle et
favorise l'isothermie de la plaque conductrice ;
- Apparition de gradients thermiques élevés au
sein de la plaque conductrice, au niveau des jonctions des sources de chaleur,
pour les faibles valeurs de la diffusivité thermique du substrat. Ces
gradients thermiques élevés risquent d'engendrer une
déformation de la plaque conductrice (fissuration de la carte
mère de l'ordinateur) ;
- Pour les faibles épaisseurs des sources de chaleur,
la fin du processus de fusion est marquée par la présence d'un
seul bloc de MCP solide dans la zone inférieure droite de la
cavité, alors que pour les épaisseurs élevées, un
bloc de MCP solide se détache et se localise dans la zone
supérieure du coté droit de la cavité.
- La température maximale adimensionnelle est
localisée sur la source de chaleur supérieure
pour les épaisseurs des sources de chaleur faibles ;
alors que pour les épaisseurs élevées elle est
enregistrée par la source de chaleur centrale. Sa valeur est d'autant
élevée que l'épaisseur des sources de chaleur est
élevée ;
- La température maximale adimensionnelle la plus
élevée et la durée adimensionnelle de fonctionnement
sécurisé la plus courte sont obtenues pour le cas d'une plaque
conductrice de faible épaisseur ;
- L'accroissement de l'épaisseur adimensionnelle de la
plaque conductrice provoque un allongement de la durée de fonctionnement
sécurisé ;
- L'augmentation de l'épaisseur adimensionnelle de la
plaque conductrice entraîne une réduction de la différence
de température adimensionnelle au sein de la plaque ;
- L'accroissement de l'épaisseur adimensionnelle de la
plaque conductrice entraîne une diminution de la température
maximale adimensionnelle et les flux de chaleur évacués par les
faces des sources de chaleur ;
- Durant la première phase, dominée par la
conduction thermique, la montée en température est d'autant plus
rapide que l'espacement des sources de chaleur est élevé ;
- La durée du régime quasi- stationnaire est
d'autant plus élevée que l'espacement des sources de chaleur est
faible ;
- L'accroissement de l'espacement des sources de chaleur
provoque une augmentation de la température adimensionnelle des sources
;
- Pour les faibles valeurs du rapport de forme le champ
thermique se stratifie rapidement dans la partie supérieure de la
cavité alors que pour le cas des cavités élancées,
de grand rapport de forme, les isothermes sont nettement inclinés. Pour
le cas des cavités ayant un rapport de forme élevé, les
sources de chaleur sont mieux refroidies et la température maximale
adimensionnelle, enregistrée par les sources de chaleur, est d'autant
plus élevée que le rapport de forme est faible ;
- Pour les rapports de forme élevés, un bloc de
MCP solide se détache et se positionne dans la partie supérieure
de la cavité. Cette position fait de lui un puits de chaleur pour la
source de chaleur supérieure.
-Pour les faibles valeurs du rapport de forme, le MCP contenu
dans la partie supérieure fond complètement, et la source de
chaleur supérieure surchauffe rapidement ;
- Les durées du régime quasi stationnaire et du
fonctionnement sécurisé s'allongent lorsque le rapport de forme
augmente ;
- L'effet du rapport de forme sur la fraction liquide ne se
fait ressentir qu'après le régime de
fonctionnement
quasi-stationnaire. La fraction liquide subit une variation d'autant plus
rapide
que le rapport de forme est élevé.
- Les cavités ayant un rapport de forme
élevé n'assurent pas seulement une durée de fonctionnement
sécurisé allongée mais aussi une fusion pratiquement
complète du MCP. En conséquence, ces cavités constituent
une bonne solution pour le refroidissement des composants
électroniques.
- En régime quasi-stationnaire, la température
maximale adimensionnelle des sources de chaleur la plus basse est
enregistrée pour le cas des sources de chaleur ayant une
diffusivité thermique élevée ;
- Durant la première phase et la dernière phase
du processus de fusion, l'accroissement de la diffusivité thermique des
sources de chaleur entraîne une baisse de la température des
sources de chaleur et de la plaque conductrice.
Également, des corrélations exprimant la
durée adimensionnelle de fonctionnement sécurisé et la
fraction liquide en fonction des différents paramètres de
contrôle, ont été élaborées moyennant la
technique d'expansion dynamique asymptotique appliquée à la
mécanique des fluides ACFD. Ces corrélations
sont transformées en abaques d'un intérêt pratique pour les
ingénieurs impliqués dans le domaine de contrôle thermique
des composants électroniques.
En perspectives, on compte étendre cette étude
à d'autres configurations géométriques de puits de chaleur
récemment utilisées dans les équipements
électroniques et soumises à des conditions thermiques variables
dans le temps. Cette stratégie de refroidissement à base de MCP
peut, aussi, trouver des applications dans les équipements
aérospatiaux où le champ de gravité est
réglé par d'autres lois (g variable). Les transferts de chaleur
et de la quantité de mouvement dans l'enceinte du MCP seront, dans ce
cas, régis par d'autre lois, plus compliquées.
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