Etude expérimentale et numérique d'un écoulement turbulent autour d'un obstacle à géométries variables soumis à un écoulement transversal et d'un jet impactant soufflé d'un système de plusieurs diffuseurs

Abstract

Cette thèse se concentre une étude numérique et une étude expérimentale visant à évaluer comment la géométrie des diffuseurs d'air et les variations des coins supérieurs des composants électroniques influencent leur efficacité de refroidissement. La première étude concerne la prédiction numérique des champs dynamiques et thermiques d'un obstacle cubique placé au centre d'un canal carré soumis à un écoulement transversal et à un jet d'impact perpendiculaire. Les calculs ont été réalisés à un nombre Reynolds de 3410, en analysant trois jets d'impact perpendiculaires avec des rapports de Reynolds de α = 0.5, 1 et 1.5. Le modèle de turbulence k-ω SST a été utilisé dans cette recherche. L'efficacité du modèle appliqué a été évaluée en comparant les résultats numériques avec les résultats expérimentaux réalisés par Massip et al. Une fois les résultats numériques validés, nous avons étudié l'effet de la modification de la géométrie des diffuseurs de jet sur l'efficacité de refroidissement. Trois types de diffuseurs ont été testées (circulaire, tourbillonnaire et lobée). Nous avons trouvé une relation directe entre la forme du diffuseur et l'efficacité de refroidissement. L'effet du rapport de Reynolds a également été analysé, et il a été constaté qu'il avait un impact significatif sur l'efficacité de refroidissement. Avec une augmentation du rapport Rej/ReH, le transfert de chaleur augmente dans tous les cas des diffuseurs de jet. Pour ce qui est des diffuseurs d'air lobés, une valeur de Nusselt plus élevée a été observée par rapport aux autres cas de diffuseurs de jet. De plus, il a été remarqué que le diffuseur de jet lobé peut améliorer le transfert de chaleur pour α = 1.5 de plus de 16.3% par rapport au diffuseur de jet circulaire. Dans la deuxième partie qui suit la première, nous avons également mené une étude numérique dynamique et thermique pour analyser l'effet de la modification des coins supérieurs des composants électroniques sur l'efficacité de refroidissement, en utilisant le diffuseur lobé qui a donné les meilleures performances. Nous avons comparé le diffuseur lobé avec le diffuseur circulaire en modifiant les bords des composants électroniques. Les simulations numériques ont été réalisées en utilisant le même modèle de turbulence (k-ω SST) et les mêmes conditions aux limites et plages de calcul que dans la première partie. Les résultats ont montré une relation claire entre la structure des composants électroniques et l'efficacité de refroidissement. À α = 0.5, les cubes avec des bords arrondis et chanfreinés ont une efficacité de refroidissement inférieure par rapport au cube régulier. À α = 1.0, le cube chanfreiné montre une amélioration de l'efficacité de refroidissement (augmentation de 4.7%). À α = 1.5, le cube arrondi présente une performance de refroidissement supérieure (augmentation de 3.7%). La configuration du diffuseur lobé offre une efficacité de refroidissement exceptionnelle, avec un indice de Nusselt supérieur de 15% par rapport au diffuseur de jet circulaire. Ces résultats fournissent des informations précieuses pour améliorer l'efficacité de refroidissement des composants électroniques dans des conditions d'écoulement transversal et à un jet impactant. Enfin, la troisième partie de la thèse présente une étude expérimentale menée au sein du laboratoire LASEM. L'objectif de cette étude est d'analyser les résultats dynamiques et thermiques résultant des modifications apportées à la forme du diffuseur d'air lors du chauffage d'un composant cubique exposé à un écoulement transversal et à un jet d'impact. Les résultats II obtenus ont révélé l'impact de la vitesse d'écoulement transversal et de la configuration spécifique du diffuseur sur le chauffage du composant. Cette expérience intègre des tests comprenant trois formes différentes de géométrie du diffuseur d'air, à savoir circulaire, tourbillonnaire et lobée, fournissant ainsi une évaluation comparative de leur impact sur les performances thermiques du composant. Le diffuseur lobé se distingue comme le choix optimal pour chauffer le composant, confirmant ainsi les conclusions des parties précédentes de la thèse.