Ébullition convective du dioxyde de carbone – Étude expérimentale en micro-canal

Résumé :
Les préoccupations relatives à la destruction de la couche d’ozone et au réchauffement climatique ont suscitées un regain d’intérêt pour l’usage du dioxyde de carbone comme fluide frigorigène. La présente étude a pour objectif de synthétiser l’état des connaissances sur l’ébullition convective du CO2 mais aussi d’élargir l’investigation à des conditions nouvelles. Les données d’échanges thermiques disponibles dans la littérature sont analysées en fonction du diamètre du canal et de la température de saturation. Une réflexion est proposée sur les mécanismes physiques, y compris les configurations d’écoulement, qui influencent les échanges thermiques et qui leur donnent des caractéristiques particulières. La validité des méthodes de prédiction du coefficient d’échange thermique et des pertes de pression est discutée pour le cas du CO2.

Du point de vue expérimental, une section d’essai a été mise au point pour étudier l’évaporation du CO2 dans un micro-canal de 0,529 mm de diamètre. Des mesures de pertes de pression et du coefficient d’échange thermique local ont été obtenues principalement pour trois températures de saturation, -10 ; -5 et 0 °C, trois densités de flux thermique, 10 ; 20 et 30 kW/m2, et pour des vitesses massiques comprises entre 200 et 1200 kg/m2.s. Les résultats des principales méthodes de prédiction sont comparés à nos mesures et de nouvelles approches corrélatives sont proposées. L’évaporation convective (en opposition à l’ébullition nucléée) semble jouer un rôle important dans les échanges thermiques. Par ailleurs, une augmentation inattendue du titre de début d’assèchement avec la vitesse massique a été observée pour une température de -10 °C.