Transferts couplés de masse et de chaleur dans un élément d'évaporateur capillaire

Abstract

Dans ce travail, on s'intéresse à une situation de vaporisation en milieu poreux en relation avec l'analyse des transferts couplés de chaleur et de masse dans les mèches poreuses des évaporateurs des boucles diphasiques à pompage capillaire. Cette situation est caractérisée par la formation d'une poche de vapeur au sein de la mèche et par l'existence d'un front de vaporisation interne formé par des ménisques stables. Dans un premier temps le problème de déplacement de ce front est analysé comme un problème de percolation en gradient dans lequel l'évolution du front résulte de la compétition entre une force stabilisante (viscosité) et une force déstabilisante (capillarité). On met en évidence qu'il est préférable d'éviter la situation où la croissance de la poche est dominée par la capillarité. Dans un second temps, un modèle numérique mixte combinant les équations de transport macroscopiques et la gestion des effets capillaires selon une approche réseau de pores est établi. Le bien-fondé de cette modélisation est validé à l'aide d'une expérience permettant la visualisation de la poche vapeur. L'exploitation du modèle permet d'étudier les performances de l'évaporateur en fonction de nombreux paramètres. En particulier, nous montrons qu'il est intéressant d'installer un verrou capillaire (couche de pores plus petits bloquant l'extension en profondeur de la poche vapeur) et un verrou thermique (couche isolante limitant fortement le flux parasite) pour optimiser les performances.