TPE : Caloduc
On peut se poser la question suivante :
Pourquoi la capillarité est utile dans le caloduc ?
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Rappel du principe de fonctionnement :
Comme nous l'avons précédemment évoqué dans la présentation, le fonctionnement du caloduc repose sur une boucle thermique nécessitant l'évaporation puis la condensation du liquide caloporteur.
Lors du retour du liquide, la gravité n'est pas toujours utilisable (de par la position horizontale du caloduc), on préfère alors utiliser la capillarité. Elle permet le fonctionnement passif du caloduc.
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La présence de rainures :
La capillarité est présente dans le caloduc grâce à sa structure interne tapissée de rainures longitudinales.
Comme il y a attraction entre le liquide et le solide, l'eau dans les rainures va avoir tendance à s'étaler. L'eau se déplace tout au long des rainures et va migrer naturellement du point froid au point chaud du caloduc.
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Explication d'un spécialiste :
Lors de notre visite à Thales Alenia Space, l’ingénieur thermicien que nous avons rencontré nous a expliqué le phénomène de capillarité et le rôle des rainures dans un caloduc.
Les explications fournies concernent le fonctionnement d’un caloduc rempli d'ammoniaque, type de caloducs utilisés pour des applications spatiales de Thales Alénia Space. Ce principe de fonctionnement est applicable à tous les fluides. On peut donc considérer qu'il en est de même pour l'eau et l'ammoniaque.
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Sa performance et son importance dans un caloduc :
Nous pouvons remarquer que la température mesurée à l'extrémité B (extrémité dans la zone froide) du caloduc ne cesse d'augmenter :
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De T0 à T360 secondes : la température double, passant de 21°C à 41°C, en 50 secondes. Puis elle continue d’augmenter jusqu’à atteindre 55°C.
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De T360 secondes à T960 secondes : l’augmentation de la température est moins importante, passant de 55°C à 58°C.
Le caloduc montre donc une grande capacité de transfert de chaleur. Il s’élève à une température de 55°C en 360 secondes puis se stabilise à 58°C à la fin de l'expérience, soit 13°C de plus que le meilleur conducteur de chaleur de notre expérience : le barreau de cuivre (compte tenu de l'échec de notre expérience avec le tube de cuivre rempli d'eau).
Cette expérience vérifie donc que la capillarité joue un rôle important dans le transfert de chaleur du caloduc qui devient ainsi un des meilleurs échangeurs thermiques.
Rainures longitudinales