ele Simulation numérique d'un échangeur thermique en matériau à changement de phase
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Date
2025
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Abstract
Face aux défis thermiques croissants de l'électronique de puissance, liés à la
miniaturisation et aux densités de puissance élevées, ce mémoire explore
l'utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) comme solution
innovante de refroidissement. L'étude combine une analyse théorique des
transferts thermiques (conduction, convection, rayonnement) et des technologies
existantes, une caractérisation détaillée des MCP (classification
organique/inorganique/eutectique, critères de sélection incluant température de
fusion, chaleur latente et conductivité), et une modélisation numérique par
éléments finis d'un dissipateur intégrant un micro-canal et un MCP (Bi-21In18Pb-12Sn,
*T*ₘ = 58°C). Les simulations, basées sur la méthode d'enthalpieporosité,
démontrent
que
le
MCP
stabilise
la
température
de
sortie
à
**300
K**
même
sous flux thermiques élevés (jusqu'à 1.75 kW/m²) grâce au stockage de
chaleur latente, tandis qu'une convection forcée optimisée (*Re* ≈ 150) réduit la
température de **50 K** avec des pertes de charge maîtrisées. Le
comportement transitoire confirme un retard significatif de l'élévation de
température (>900 s) et l'émergence d'une convection naturelle efficace (>0.6
m/s). Ces résultats soulignent le potentiel des MCP comme solution passive,
compacte et fiable, éliminant le besoin de ventilateurs. Des optimisations sont
proposées, incluant des MCP composites pour améliorer la conductivité
thermique et l'adaptation géométrique des micro-canaux. Les perspectives
ouvrent sur une validation expérimentale, l'extension aux MCP hybrides pour
températures extrêmes (>200°C), et leur intégration dans des applications
critiques (véhicules électriques, aérospatial), positionnant ainsi les MCP comme
technologie clé pour une électronique durable et performante.