Pertes de charge totales

Ici, l’influence de la perte de charge totale est investiguée. Pour cela, 5 séries de mesure similaires à la campagne de référence, c’est à dire une augmentation progressive du flux de chaleur appliqué avec un réglage de vanne maintenu constant jusqu’à l’as- sèchement de l’évaporateur, sont réalisées pour différents réglages de vanne. les autres paramètres expérimentaux étant fixés aux valeurs détaillées en table 3.3. L’utilisation d’un débit 9mtot plus faible pour la série de mesure ∆ptot « 40 P a a ici été nécessaire

pour atteindre cette faible valeur de perte de charge.

Série Tsat Tsat´ Tliqentree m9tot

∆ptot « 40 P a 45.5°C 19.5 K 1.85 ˘ 0.02 kg{h

∆ptot « 100 P a 45.5°C 19 K 3 ˘ 0.02 kg{h

∆ptot « 200 P a 44.5°C 19.5 K 3 ˘ 0.02 kg{h

∆ptot « 300 P a 45.5°C 19 K 3 ˘ 0.02 kg{h

∆ptot « 500 P a 45.5°C 20.5 K 3 ˘ 0.02 kg{h

Table _{3.3 – Paramètres de fonctionnement de l’évaporateur durant les séries de} mesures à débit variable

Les courbes de coefficients d’échange apparent et de vaporisation en fonction res- pectivement de la densité de flux effective et de vaporisation sont tracées en figures 3.42 et 3.43. Pour des raisons de clarté de lecture, les courbes correspondant au cas ∆ptot « 100 P a, déjà présentées en 3.2.3 ne sont pas reproduites ici.

Figure _{3.42 – Variation du coefficient d’échange apparent de l’évaporateur avec la} densité de flux effective pour différents réglages de vannes

Les tendances observées sont très similaires à celles observées lors de la campagne de référence : quel que soit le mode de fonctionnement, les coefficients d’échange apparent et de vaporisation de l’évaporateur augmentent avec le flux de chaleur. En particulier,

les coefficients d’échange associés au mode d’ébullition s’avèrent sensiblement plus éle- vés pour les séries de mesure à hautes pertes de charge (200 P a ă ∆ptot ă 500 P a).

De même, une transition du mode d’ébullition au mode d’évaporation est à chaque fois visible via l’augmentation rapide du coefficient d’échange avec le flux.

Néanmoins, la différence de pression a une influence directe sur le positionnement de cette transition entre ébullition et évaporation : une faible perte de charge induit une transition vers le mode d’évaporation à flux de chaleur relativement bas (par exemple, à ϕef f « 4.5 W.cm´2 pour ∆ptot « 40 P a), tandis qu’à hautes pertes de charge la

zone d’évaporation est limitée aux flux de chaleur élevés (à ϕef f ě 12 W.cm´2 pour

∆ptot « 500 P a).

Le positionnement des points limites de fonctionnement (début et fin de transition, dernier point avant assèchement) en fonction des pertes de charge totales ∆ptot et du

flux vaporisé Φvap, représenté en figure 3.44 montre bien l’augmentation globale des flux

vaporisés à la transition et à l’assèchement avec la perte de charge.

Cette tendance est tout à fait cohérente avec le mécanisme régissant l’apparition de ces deux modes de fonctionnement détaillé en 3.2.2. En effet, pour un flux vaporisé donné, une augmentation de la perte de charge induite par l’écoulement principal (ABC) im- plique que le terme moteur le long de l’écoulement vaporisé (AB’C) doit être moins important pour maintenir l’équilibre hydraulique ∆pABC _{“ ∆p}AB1_C

. Autrement dit, l’existence de pompage capillaire au sein de l’évaporateur n’est nécessaire qu’à partir d’un débit vaporisé plus important lorsque la perte de pression totale est augmentée. Selon le même raisonnement, la limite capillaire (le flux d’évaporation induisant la courbure maximale des ménisques dans les micro-rainures) est atteinte pour un flux vaporisé plus important, ceci étant alors à l’origine de l’augmentation du flux maximal dissipable par l’évaporateur avec ∆ptot. De plus, la largeur de la zone d’évaporation ap-

parait également décroissante avec la perte de charge totale. Dans les faits, comme cela sera détaillé dans le chapitre 4, cette tendance ne peut être que partiellement expliquée si l’on ne considère que l’équilibre hydraulique ∆pABC _{“ ∆p}AB1_C

.

Figure 3.43 – Variation du coefficient d’échange apparent de l’évaporateur avec la densité de flux effective pour différents réglages de vannes

Figure 3.44 – Valeurs du flux de vaporisation correspondant aux limites de la zone de transition et au maximum avant assèchement en fonction de la perte de charge

totale ∆ptot

Concernant l’évolution de la perte de charge totale avec le flux, puisque seul le ré- glage de vanne a été imposé,∆ptot est a priori libre de varier en fonction de l’écoulement

dans la ligne principale. Considérant ceci, l’évolution de cette perte de charge pour chacune des séries de mesure est représentée en figure 3.45.

Figure _{3.45 – Variation de la perte de charge totale induite par l’évaporateur avec la} densité de flux effective pour différents réglages de vannes

Pour les basses pertes de charge (∆ptot « 40 P a), la chute de pression suit la même

tation du flux appliqué, pouvant s’expliquer par l’augmentation du débit prélevé par l’évaporateur. Cependant, pour les séries de mesure à fortes pertes de charge, l’allure des courbes est différente : la perte de charge augmente légèrement avec le flux avant de décroitre lors du passage en mode d’évaporation. Cette variation est par ailleurs plus marquée pour les plus hautes pertes de charge. En pratique, pour ces séries de mesure à fortes pertes de charge, de la vapeur est régulièrement observée dans les conduites de sortie du liquide pendant le mode d’ébullition puis tend à disparaitre après le passage en mode d’évaporation. Ainsi, il apparait que la conjonction d’une forte densité de flux appliquée et d’un coefficient d’échange relativement faible (lié au mode d’ébullition) induit une surchauffe de paroi suffisamment importante pour provoquer la génération de vapeur au sein de la ligne liquide (a priori par nucléation proche de la paroi en contact avec les distributeurs) et donc une augmentation de la perte de charge le long de celle-ci. Une fois le mode d’évaporation atteint, l’augmentation sensible du coefficient d’échange permet alors d’abaisser suffisamment la température de paroi pour mettre fin à cette génération de vapeur et revenir à une perte de charge "normale" (dans le sens où elle correspond à celle attendue en l’absence de changement de phase dans l’écoulement principal).