Refroidissement évaporatif par film mince d’eau : Influence de la mouillabilité sur l’efficacité thermique
Year: 2025
Type: conference-paper
Abstract: De nombreux échangeurs de chaleur reposent sur la convection de l’air pour leur refroidissement, mais rencontrent des difficultés lors des vagues de chaleur, qui réduisent l’efficacité des transferts thermiques. Le refroidissement évaporatif se révèle plus efficace, car l’eau absorbe beaucoup plus de chaleur lors de son évaporation que l’air ne peut en extraire par convection. Cependant, lorsque de l’eau est pulvérisée sur une surface métallique, elle ne s’étale pas uniformément, créant des zones sèches qui diminuent l’efficacité du refroidissement. Des revêtements spécifiques, modifiant la mouillabilité de la surface, pourraient améliorer les transferts thermiques et permettre un refroidissement plus performant. Cette étude explore l’effet refroidissant d’une quantité limitée d’eau sur différentes revêtements. Un dispositif expérimental a été mis en place : une plaque inclinée est chauffée avec un flux thermique imposé et refroidie par un apport d’eau contrôlé à l’aide d’une pompe seringue. Plusieurs revêtements — incluant un film de cellulose et le produit commercial Ultra-Ever-Dry — ont été testés. La mouillabilité des surfaces est caractérisée par des mesures d’angles de contact dynamiques, allant de 1◦ (super-hydrophile) à 152◦ (super-hydrophobe). L’impact de différents flux thermiques et de faibles débits d’eau (inférieurs à 2 mL/min) a été étudié. Des thermocouples mesurent les températures en plusieurs points de la surface, ainsi que celles de l’eau en aval et de l’air ambiant. Une caméra infrarouge permet d’évaluer la proportion de surface effectivement mouillée. Les résultats montrent que la dynamique du film dépend fortement de l’angle de contact : les surfaces hydrophiles favorisent la formation d’un film continu, tandis que les surfaces hydrophobes induisent un écoulement par gouttes, avec une vitesse du film croissante avec l’angle de contact. À 1 mL/min, la vitesse du film varie de 0.55 cm/s à 37 cm/s selon le revêtement. Sur une surface fortement hydrophile, un film mince recouvre l’ensemble de la plaque, avec une zone centrale plus épaisse formant des canaux principaux et secondaires. Cette zone centrale facilite la distribution latérale de l’eau ; son absence conduit à l’apparition de zones sèches. L’efficacité du refroidissement dépend du revêtement utilisé, influençant l’épaisseur du film et la surface mouillée, avec des diminutions de température de paroi allant de 3 K (super-hydrophobe) à 40 K (super-hydrophile). Lorsque le débit augmente, la température de paroi diminue jusqu’à atteindre un plateau correspondant à la capacité maximale d’évaporation. Au-delà de ce point d’inflexion, le refroidissement ralentit et la chaleur est principalement évacuée par le flux d’eau. Même à faible débit (2 mL/min), entre 10 − 25 % de la chaleur est dissipée par l’eau.
Source: HAL
Language: French
Subfield: Mechanical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7164870331