Comparaison des fluides en fonction de la temp´ erature de

sur ces performances sont ´egalement repr´esent´ees sur la figure 5.17, permettant, visuel-lement, de constater facilement les diff´erences significatives existant entre chacun de ces fluides.

5.2.2.1 Comparaison des fluides en fonction de la temp´erature de source froide

La figure 5.18 pr´esente en d´etail les niveaux de conductances G_thpour chaque temp´ era-ture de source froide. On constate en effet qu’`a faible temp´erature de source froide (figure 5.18(a)), et `a faibles puissances, les conductances pour l’´ethanol sont plus faibles que pour le N-pentane et, `a plus forte raison, que l’ac´etone. Nous savons que l’´ethanol pr´esente la

caract´eristique d’ˆetre relativement visqueux comparativement aux deux autres fluides, particuli`erement `a faibles temp´eratures (voir figure 5.17(a)). La faible excitation ther-mique (donc le faible ^dP_dT `a ces niveaux de temp´eratures), coupl´ee `a une viscosit´e ´elev´ee, donc `a des pertes de charges plus importantes, sont en effet moins propices `a l’efficacit´e des transferts et aux performances du syst`eme. Ajoutons `a cela la faible chaleur latente de l’ac´etone et du N-pentane, par rapport `a l’´ethanol, qui tend `a faciliter le ph´enom`ene de changement de phase, mˆeme pour de faibles flux de chaleur.

Figure 5.16 – Performances du syst`eme en fonction de la puissance impos´ee pour : (a) l’ac´etone, (b) le N-pentane (T R = 50%)

Toutefois, cette tendance tend `a s’inverser lorsque T<sub>cryo</sub> augmente. Ce constat est illustr´e de mani`ere explicite sur l’histogramme de la figure 5.19, pr´esentant, pour chaque fluide, les performances maximales atteintes (en terme de conductance thermique G_th), selon la temp´erature de source froide. A T_cryo = 10˚C, les performances maximales sont atteintes avec l’ac´etone, `a Tcryo = 70˚C elles le sont pour l’´ethanol. Elles sont en outre similaires pour T_cryo = 40˚C. Plusieurs explications peuvent ˆetre avanc´ees pour expliquer cette inversion de tendance :

(relativement aux autres fluides) lorsque ces temp´eratures augmentent (figure 5.17(a)), r´eduisant donc les pertes de charge.

– Pour des temp´eratures ´elev´ees, la capacit´e thermique Cp de l’´ethanol est plus ´elev´ee que celle des autres fluides (figure 5.17(c)). Pour une diff´erence de temp´erature ∆T donn´ee, et pour une mˆeme quantit´e de fluide d´eplac´ee `a une vitesse donn´ee, les transferts par chaleur sensible seront donc plus efficaces avec l’´ethanol.

– Bien que dans le cas des PHP, elle ne constitue pas le m´ecanisme principal de trans-ferts thermiques, la chaleur latente ´elev´ee de l’´ethanol compar´ee aux autres fluides peut contribuer `a favoriser ces transferts, pour des flux de chaleur plus ´elev´es.

Figure 5.17 – Comparaison des propri´et´es thermophysiques des trois fluides en fonc-tion de T_cryo (a) Viscosit´e dynamique liquide, (b) Masse volumique liquide, (c) Capacit´e thermique massique, (d) Tension de surface, (e) Chaleur latente

On s’aper¸coit ´egalement sur cette figure de la faible d´ependance `a Tcryo des valeurs maximales de conductances pour l’´ethanol, par rapport aux deux autres fluides. On se rappellera `a ce titre de l’observation analogue du paragraphe 5.1.3, concernant la plus forte influence de Tcryo sur le ∆Tamor¸cage pour l’ac´etone, et justifi´ee notamment par les valeurs plus ´elev´ees de ^dP_dT pour ce fluide. Il est donc fort probable que les propri´et´es

thermo-physiques de l’´ethanol expliquent ´egalement cette observation relative aux valeurs de conductances maximales.

Figure 5.18 – Conductance thermique en fonction de la puissance pour chaque fluide et pour chaque temp´erature de source froide : (a) T_cryo = 10˚C, (b) T_cryo = 40˚C, (c) T_cryo = 70˚C (T R = 50%)

Figure 5.19 – Conductances maximales atteintes en fonction du fluide et de la temp´erature de source froide T_cryo (Vertical favorable, T R = 50%)

Un autre constat `a mettre en avant sont les performances obtenues avec le N-pentane, globalement inf´erieures aux autres fluides, quelles que soient les valeurs de T<sub>cryo</sub>. Par l’ob-servation respective des propri´et´es thermophysiques de chaque fluide, le N-pentane diff`ere des deux autres, en particulier par ses faibles valeurs de tension de surface et de masse volumique en phase liquide, quelle que soit la temp´erature dans la plage consid´er´ee (figure 5.17(b) et (d)). N´eanmoins, ce fluide est caract´eris´e par un fonctionnement plus stable que les autres, en terme de r´ep´etabilit´e des mesures. En d’autres termes, pour des condi-tions op´eratoires donn´ees, le N-pentane semble plus susceptible de donner des r´esultats identiques d’un essai `a l’autre. A titre d’exemple, la figure 5.20 pr´esente un essai r´ealis´e en effectuant des incr´ements de puissances de 50 W `a 300 W en mont´ee, puis en descente, de 300 W `a 50 W. On constate effectivement que les courbes sont confondues, montrant donc des niveaux de conductances identiques.

Figure 5.20 – Conductances thermiques en fonction de la puissance pour un essai r´ealis´e enmont´ee/descente (N-pentane, T R = 50%, Tcryo = 10˚C, horizontal)

Figure 5.21 – Signaux de pression en r´egime ´etabli pour l’´ethanol et le N-pentane et pour deux puissances : (a) Q = 100 W, (b) Q = 300 W (T R = 40%, T_cryo = 10˚C, horizontal) On notera finalement que le fonctionnement du PHP avec le N-pentane est ´egalement

caract´eris´e par des amplitudes d’oscillations g´en´eralement plus ´elev´ees que pour les autres fluides. La figure 5.21 compare `a ce titre les signaux de pression observ´es avec de l’´ethanol et du N-pentane, pour deux niveaux de puissances impos´ees (on notera qu’une comparai-son des signaux de temp´eratures permet ´egalement d’effectuer ces observations). Ce com-portement peut se justifier par les propri´et´es thermophysiques du N-pentane, combinant un ^dP_dT ´elev´e, une faible chaleur latente et une faible viscosit´e, favorisant le d´eplacement du fluide soumis aux mˆemes conditions limites thermiques.