1.4 Position du problème
Dans les travaux antérieurs utilisant des
cavités remplies de MCP, les sources de chaleur sont soit volumiques et
incrustées dans une paroi adiabatique de la cavité soit
surfaciques. De plus, une condition de température ou de densité
de flux constantes sont
imposées à la base des sources de chaleur. En
ingénierie électronique, lorsque les sources de chaleur sont
mises sous tension, la puissance de chaleur y est générée
volumiquement. Ainsi, les conditions thermiques imposées:
température ou densité de flux constantes à la base des
composants électroniques ne reflètent pas les conditions
opératoires thermiques auxquelles sont réellement sujettes les
composants électroniques. A la limite de la connaissance de l'auteur,
aucune étude numérique relative au refroidissement des sources de
chaleur protubérantes, avec génération interne de chaleur
couplée à la conduction thermique dans le substrat et au
changement de phase solide\liquide, n'a été reportée dans
la littérature.
Le présent travail surmonte cette limitation, en
étudiant numériquement la performance thermique d'un dissipateur
de chaleur à base de MCP. Ce dissipateur est conçu pour
contrôler la température de trois sources de chaleur
protubérantes simulant des composants électroniques réels.
Les sources de chaleur sont griffées sur une plaque verticale
conductrice (substrat) d'une cavité remplie d'un MCP. Les parois de la
cavité sont adiabatiques. Les phénomènes de transferts
thermiques transitoires intervenant dans le système proposé,
combinent à la fois, les transferts de chaleur par conduction thermique
dans les sources de chaleur, dans le substrat et dans le MCP, conjugués
à la convection naturelle dans la cavité liquide du MCP, de
volume variable, formée suite à la fusion du MCP solide. Le MCP,
placé dans la cavité rectangulaire, est utilisé pour
dissiper la puissance générée par les sources de chaleur
(composants électroniques). L'avantage d'utiliser une telle
stratégie de refroidissement réside dans le fait que les MCP sont
capables d'absorber une importante quantité de chaleur
générée par les circuits intégrés, sans
recours à des ventilateurs. Cette méthode proposée est
convenable pour les situations où le refroidissement par convection
naturelle ou forcée à l'air ambiant n'est pas pratique, comme
c'est le cas pour les appareils électroniques utilisés dans les
applications aérospatiales, métallurgiques, extinction
d'incendies, etc...
Les objectifs visés dans cette étude peuvent se
résumer comme suit:
(1) modéliser et analyser les phénomènes
de transferts conjugués au changement de phase solide-liquide se
manifestant dans un MCP chauffé par des sources de chaleur
protubérantes sur une paroi conductrice verticale;
(2) développer un modèle mathématique
basé sur les équations de conservation de la masse, de
l'énergie et de la quantité de mouvement, et le valider par les
résultats expérimentaux disponibles en littérature;
(3) identifier les paramètres du modèle
contrôlant les comportements thermique et hydrodynamique du dissipateur
envisagé;
(4) examiner les comportements thermique et hydrodynamique du
dissipateur proposé par l'étude de la structure de
l'écoulement dans la phase liquide et l'analyse du champ de
température et des transferts de chaleur durant le processus de
fusion;
(5) mener une étude paramétrique du refroidisseur
pour étudier l'impact des différents paramètres sur la
performance thermique du refroidisseur;
(6) développer des corrélations pour la
durée adimensionnelle de fonctionnement sécurisé et la
fraction liquide obtenue à la fin du processus de fusion en fonction des
paramètres de contrôle;
(7) traduire les corrélations des résultats des
simulations numériques sous forme
d'abaques d'usage pratique relative au refroidissement des
composants électroniques par un MCP. De tels résultats sont d'une
grande importance pour la conception et le développement des
dissipateurs à base de MCP.
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