I NSTRUMENTATION DE LA SECTION D ’ ESSAIS

Les températures de l’eau de refroidissement sont mesurées à l’entrée et à la sortie de la section d’essais afin de déterminer la puissance de refroidissement. La température et la pression de la vapeur à l’entrée du micro-canal sont mesurées pour savoir si cette vapeur est saturée ou surchauffée. Les températures à l’intérieur de l’ailette sont mesurées tout au long du micro-canal afin de déterminer le flux thermique local traversant cette ailette. Les températures mesurées dans les microrainures perpendiculairement au micro-canal et tout au

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long de ce micro-canal servent à déterminer le profil de températures suivant chaque type d’écoulement et aussi à calculer le flux thermique local transmis à l’ailette. Toutes ces mesures permettent une meilleure compréhension des phénomènes physiques locaux.

II.4.1. Instrumentation et choix des dimensions de l’ailette

Les températures de paroi sont mesurées à l'intérieur de l’ailette avec des thermocouples Chromel-Alumel de diamètre 200µm (incertitude de ±0,1°C). Ces microthermocouples sont fabriqués au sein de notre laboratoire. Une procédure d’étalonnage et de détermination de leur temps de réponse est conduite. Elle sera présentée ultérieurement. L’instrumentation de la section d’essais est effectuée en plaçant des microthermocouples au sein de l’ailette en laiton à 4,5mm et à 1 mm de la surface de contact entre l’ailette et la base de la plaque en silicium où est gravé le micro-canal à tester. Les microthermocouples sont placés dans le plan central de l’ailette sur une seule ligne comme le montre la figure II.20a. La figure II.20b montre le placement des microthermocouples suivant la normale à l’ailette dans le but de déterminer la densité de flux thermique locale dissipée dans le micro-canal.

9 8 8 8 8 9 5 8 8 8 8 8 5 2 6 70 (a) (b)

Figure II.20. Placement des microthermocouples dans l’ailette de refroidissement.

Par conséquent, on dispose dans l’ailette 5 microthermocouples placés à 1mm de la surface de contact et répartis à x=9mm, 17, 25, 33 et 41mm. Six autres microthermocouples sont placés à 4,5mm de la surface de contact et à des distances x=5, 13, 21, 29, 37 et 45 mm de l’entrée du micro-canal. Tous ces microthemocouples sont insérés à la base de l’ailette dans des perçages pratiqués dans l’ailette. Ces perçages sont ensuite remplis d’un matériau conducteur (l’étain)

Silicium Microthermocouples Entrée de l’eau de refroidissement Ailette Micro-canal Surface de contact

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afin d’assurer le contact entre le microthermocouple et la paroi de l’ailette et d’éviter la présence de toute couche d’air comme le montre la photo en figure II.21.

Figure II.21. Placement des microthermocouples dans l’ailette.

Nous avons utilisé une ailette d’épaisseur 2mm et d’une hauteur de 6mm. Le choix de ces deux paramètres est conditionné par le fait que le flux de refroidissement doit être orienté suivant la normale à la surface de contact de l’ailette. Ceci impose donc, de choisir des dimensions de l’ailette de telle sorte que la dissipation thermique du flux de refroidissement suivant l’épaisseur et la longueur de l’ailette soit négligeable. Une modélisation a été effectuée sur COMSOL pour confirmer ce choix dimensionnel.

Figure II.22. Simulation en 2D avec COMSOL pour une ailette de 2mm de hauteur.

Figure II.23. Simulation en 2D avec COMSOL pour une ailette de 6mm de hauteur. 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm 6 mm 363°C 362°C 361°C 360°C 359°C 358°C 357°C 356°C 362°C 360°C 358°C 356°C 354°C 352°C 350°C

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II.4.2. Instrumentation du micro-canal

Nous avons travaillé sur l’instrumentation du micro-canal en utilisant des microthermocouples chromel-alumel inséré dans des micro-rainures perpendiculairement au sens de l’écoulement. La figure II.24a montre une photo de 3 microthermocouples insérés dans des micro-rainures de 250 µm de largeur, de 300 µm de profondeur et de 3200 mm de longueur. Ces microrainures sont formées dans le silicium et fermées par la plaque de pyrex. Ces microthermocouples sont de diamètre 50 µm et sont entièrement réalisés dans notre laboratoire. Les microthermocouples sont insérés dans ces rainures et fixés par une colle déposée sur l’extrémité de la rainure comme le montre la figure II.24 c.

Microchannel Microthermocouples (a) Microthermocouple µ th e m o co u p le µ c a n a l µ th e m o co u p le µ c a n a l Microchannel Microthermocouple Silicon wafer Pyrex (b) (c)

Figure II.24. Placement des microthermocouples dans les microrainures.

La figure II.25 montre la répartition de ces microthermocouples suivant le sens de l’écoulement. Sept microthermocouples sont installés : le premier est placé à 1 mm de l’entrée et les autres sont répartis suivant la longueur du micro-canal avec un espacement de 8 mm. Le dernier microthermocouple étant placé à 1mm de la sortie du micro-canal (x=49 mm).

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(a) (b)

Figure II.25. Répartition des microthermocouples tout au long du micro-canal

Au dos du micro-canal, des rainures sont gravées perpendiculairement au sens de l’écoulement. L’extrémité de chaque rainure est située au niveau de l’axe central du micro- canal. La figure II.26 montre une photo de la face arrière du micro-canal. Des microthermocouples type K de 20µm de diamètre sont insérés dans ces rainures. Ceci permet de mesurer la température de contact entre la surface de l’ailette en laiton et celle de la base du wafer en silicium. Cette température de contact est mesurée dans le but de valider la densité de flux thermique calculée à partir des températures de paroi mesurée au sein de l’ailette en laiton et celle mesurées dans les micro-rainures formées par le silicium et le pyrex. Ces dernières températures sont mesurées à 30µ m loin de la surface d’échange. Sachant que la conductivité du silicium est de 248W/mK, cette épaisseur correspond à une résistance thermique de 1,21.10-7 °C/W Ceci nous a permis d’assumer que les températures mesurées dans les micro-rainures sont équivalentes aux températures de la surface d’échange du micro- canal. Cette procédure sera développée ultérieurement dans ce chapitre.

Figure II.26. Emplacement de microthermocouples de 20µm sur la face arrière du micro- canal.

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