26 Mar Echange de chaleur / dissipateur thermique

Mousse d’aluminium et dissipateur en Convection naturelle

En convection naturelle, il y a plusieurs problématiques à considérer comme les pertes de charge et la surface d’échange. Les mousses d’aluminium ont un rôle à jouer pour ce type d’application.

La masse volumique est en général fonction de la température et un gradient de température implique une différence de masse volumique au sein du fluide. Cette différence de masse volumique implique une différence de la Poussée d’Archimède et donc crée un mouvement. De tels déplacements s’appellent des mouvements de convection.

Ces mouvements de convection sont en général à faible vitesse et ils sont donc très sensibles aux pertes de charge.

Les dissipateurs en mousses d’aluminium à gros pores permettent au fluide (en général de l’air) de s’écouler avec un minimum de perte de charge, le coté architecturé des mousses permet un bon brassage du fluide diminuant l’impact des couches limites.

Nous avons déjà réalisé des études de dissipateurs qui fonctionnent en convection naturelle. Avec l’utilisation de mousse d’aluminium, l’échange thermique est plus intense et cela nous a permis de diminuer de 50 % l’encombrement global du radiateur par rapport à un heatsink traditionnel avec la même puissance de dissipation.

Pour chaque application, il est possible d’ajuster les paramètres de la mousse d’aluminium pour toujours maximiser la vitesse du fluide à travers le radiateur et donc intensifier le transfert thermique.

Mousse d’aluminium et Convection forcée, les échangeurs à huile

Lorsqu’on utilise de l’huile dans de l’échange thermique, le principal problème est la viscosité de l’huile dépendant de la température. Plus l’huile est froide plus elle est visqueuse, les couches limites sont alors très importantes, l’échange thermique n’est alors pas optimum.

L’utilisation de mousse d’aluminium va permettre de mélanger l’huile dans l’échangeur et cela grâce à son maillage 3D. L’huile étant en permanence mélangée, la température de l’huile est homogène et la couche limite plus faible, ceci va permettre d’intensifier le transfert thermique.

Mousse d’aluminium et stockage d’énergie

Dans de nombreux cas, il est intéressant de récupérer et stocker l’énergie pour ensuite la réutiliser.

Le stockage de chaleur est en général de deux types :

• Le stockage par chaleur sensible où l’énergie est stockée sous forme d’une élévation de température du matériau de stockage. La quantité d’énergie stockée est alors directement proportionnelle au volume, à l’élévation de température et à la capacité thermique du matériau
• Le stockage par chaleur latente où l’énergie est stockée sous forme d’un changement d’état du matériau de stockage (fusion ou vaporisation). L’énergie stockée dépend alors de la chaleur latente et de la quantité du matériau de stockage qui change d’état.

Dans ces deux types de stockage d’énergie, la conductivité thermique des matériaux de stockage est faible (soit pour des raisons économiques dans le premier cas) soit pour des raisons physiques dans le second (exemple des sels à changement de phase).

Cette faible conductivité implique une puissance de stockage et de déstockage limitée. L’utilisation d’une matrice en mousse d’aluminium permet d’augmenter la conductivité thermique de l’ensemble augmentant la quantité d’énergie stockée dans un temps donné.