de source froide
2.2 Analyse des températures dans le condenseur et la ligne liquideliquide
Temps (s)
Tcon = 60°C Tcon = 73°C Tcon = 80°C
‐12 ‐10 ‐8 ‐6 ‐4 ‐2 0 0 100 200 300 400 500 600 Q (G re s) ‐ Q (G re s) in it ia l ( W ) Temps (s)
Tcon = 60°C Tcon = 73°C Tcon = 80°C
Figure IV.10 – Evolution temporelle du flux de chaleur échangé entre les deux cellules du réservoir Q(Gres) (à gauche) et de sa variation par rapport à sa valeur initiale (à droite) pour les trois températures de consigne
2 Réponse transitoire à une rampe de température
de source froide
Le second paramètre extérieur qui conditionne le fonctionnement d’une CPLIP est la température de source froide. Cette dernière influence directement les performances du condenseur par l’intermédiaire de la longueur nécessaire pour condenser la totalité de la vapeur générée à l’évaporateur. Or, suivant l’application envisagée, et en particulier dans un réacteur d’avion, cette température est susceptible de varier durant le fonctionnement de la boucle. L’objectif de cette partie est de déterminer de quelle manière le comportement de la boucle est influencé par une variation temporelle de cette température de source froide.
2.1 Sollicitation appliquée
Les simulations ont été effectuées avec une température de saturation en partie haute du réservoir fixée à 73°C. La puissance appliquée à l’évaporateur est maintenue à 800 W. La sollicitation transitoire appliquée à la boucle est donc une rampe de température de source froide de 20°C à 30°C de pente 1 °C/s (cf. figure IV.11).
2.2 Analyse des températures dans le condenseur et la ligne
liquide
Le phénomène transitoire simulé ici étant une rampe de température de source froide, on a donc fait le choix de débuter cette analyse par l’évolution temporelle de la longueur diphasique (longueur de condensation) puis des températures au sein du condenseur et de la conduite liquide. Ces variables sont, en effet, directement impactées par la sollicitation appliquée.
15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 0 5 10 15 20 25 30 Te m p é ra tu re d e so u rc e fr oi d e (° C) Temps (s)
Figure IV.11 – Rampe de température de source froide appliquée au condenseur
La figure IV.12 représente la réponse de la longueur diphasique à la rampe de tem-pérature de source froide. On constate en premier lieu que la longueur nécessaire à la condensation est d’autant plus élevée que la température de source froide est importante (passant de 0,88 m pour 20°C à 1,07 m pour 40°C de source froide). La température de saturation au condenseur est proche de la température de consigne fixée à 73°C. Ainsi, lorsque la température de source froide augmente, l’écart de température entre le fluide à saturation et le fluide secondaire diminue. A puissance égale à évacuer, et à la chaleur sen-sible près, la surface d’échange augmente de concert ce qui implique cette augmentation de la longueur diphasique.
Par la suite, cette longueur atteint sa seconde valeur de régime permanent bien après la fin de la sollicitation ce qui témoigne de l’inertie thermique du fluide à l’état liquide qui se réchauffe progressivement, en raison de sa capacité thermique, jusqu’à atteindre la température de saturation. L’oscillation observée sur la figure IV.12 est d’origine numé-rique : elle est liée à la discrétisation.
On considère ensuite l’évolution temporelle des températures du fluide en certains points du condenseur, représentée sur la figure IV.13. Les indices sont croissants, entre 1 et 400, dans le sens de l’écoulement du fluide primaire. On remarque d’abord que jusqu’au nœud 69 l’écoulement est diphasique quel que soit l’instant considéré. La température estimée aux emplacements où la nature de l’écoulement change, de monophasique liquide à diphasique (ici nœuds 76 et 81), a une évolution en deux temps résultant de la compétition de deux phénomènes : le transport d’énergie depuis le front de condensation et les échanges thermiques avec la source froide.
IV.2 Réponse transitoire à une rampe de température de source froide 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 0 100 200 300 400 500 600 Lo n gu eu r d ip h as iq u e (m ) Temps (s)
Figure IV.12 – Evolution temporelle de la longueur diphasique (résultats de
modélisa-tion) 10 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 200 250 300 Te m p é ra tu re s (° C) Temps (s) T(c1) T(c69) T(c76) T(c81) T(c86) T(c100) T(c140) T(c150) T(c200) T(c400)
Figure IV.13 – Evolution temporelle des températures du fluide le long du condenseur
température, classiquement constatée lors des études d’écoulements monophasiques li-quides traditionnels : c’est donc les échanges conducto-convectif avec la source froide qui gouverne cette phase. Ensuite, à l’approche du front de condensation, c’est le transport d’énergie depuis ce dernier qui régit les échanges thermiques comme en atteste l’augmen-tation drastique de température jusqu’à la température de saturation correspondant à la pression de la vapeur au condenseur. On assiste alors à l’établissement d’un écoulement diphasique.
En ce qui concerne les nœuds restant liquides tout au long de la simulation (nœuds 86 à 400 sur la figure IV.13), on constate le même type d’évolution temporelle en deux phases, la première lente et la seconde plus rapide, résultant de la compétition des deux mêmes phénomènes. Plus on se rapproche de la sortie du condenseur (nœud 400), plus la phase lente joue un rôle considérable sur la variation totale de température, voire reste la seule influençant la température en sortie du condenseur. En effet, la variation rapide de température étant due à l’énergie apportée depuis le front de condensation par transport, plus on s’éloigne de cette interface liquide-vapeur, moins la part de flux est importante puisque ce dernier a contribué à l’élévation de température des nœuds précédents. Ainsi, son influence diminue pour devenir inexistante en terme de variation lorsqu’on se situe suffisamment loin de l’écoulement diphasique.
On s’intéresse par la suite à l’évolution temporelle des températures du fluide calo-porteur le long de la conduite liquide, représentée sur la figure IV.14. La température ambiante étant également prise à 20 °C pour ces simulations, avant l’application de la rampe, le liquide est donc à 20°C tout le long de la conduite. En revanche, une fois le second régime permanent atteint, correspondant à une température constante de source froide de 30°C, la température diminue de 6°C par les seuls échanges convectifs avec l’ambiance3.
On observe, de plus, un temps de réponse d’autant plus grand et une variation d’autant moins sévère de la température du fluide que l’on est loin de la sortie du condenseur, ce qui trouve directement son explication dans l’inertie thermique des conduites en inox ainsi que du liquide circulant à l’intérieur.
IV.2 Réponse transitoire à une rampe de température de source froide 15 17 19 21 23 25 27 29 31 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Te mp ér at u re ( °C ) Temps (s) T(l1) T(l8) T(l16) T(l25) T(l33) T(l42) T(l50)
Figure IV.14 – Evolution temporelle des températures du fluide le long de la conduite
liquide