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Simulations thermiques et fluidiques dans le service RDD

par Christine Legalliard - 15 janvier 2015

Simulations fluidiques

Différents outils sont disponibles pour effectuer des simulations thermiques. Il faut distinguer 3 types d’études :

  1. les problèmes thermomécaniques peuvent être traités à l’aide Ansys ou Catia. Le couplage est possible entre une carte de température et une structure mécanique pour étudier les contraintes et les dilatations.
  2. Les problèmes purement thermiques (conduction, convection et rayonnement) peuvent être traités àavec Ansys.
  3. Les problèmes thermo fluidiques ou purement fluidiques (CFD) sont traités à l’aide de Ansys.

Le concepteur choisit l’outil approprié et définit au mieux son modèle élément/volume finis suivant son cas d’étude.
Dans le cas du projet de calorimètre de l’expérience PANDA, des cristaux de PbWO4 associés à des APD (Avalanche Photo Diodes) sont utilisés pour la lecture de la réponse en lumière, ce qui nécessite de stabiliser la température à -25°C à +/-0,1°C. Lors de la conception du premier prototype, des simulations de type thermo fluidique utilisant le logiciel Flotherm, couplées à des mesures expérimentales, ont permis de déterminer le meilleur montage possible des composants électroniques et des câbles pour choisir des boucliers thermiques de faible épaisseur, afin d’atteindre la stabilité en température requise

Simulation de flux thermique

Simulations thermiques

De plus en plus, la construction des détecteurs demande de prendre en compte les contraintes thermiques introduites par la dissipation des composants électroniques. Or il peut être nécessaire de faire fonctionner le détecteur à une température donnée et à une stabilité pour assurer la bonne qualité de la mesure. Dans le projet ALICE, la dissipation de chaleur due à l’électronique pouvait altérer le bon fonctionnement des détecteurs (température maxi 40°C pour l’électronique). Le projet PANDA, la température de fonctionnement du détecteur est de -25°C à +/-0,1oC. Dans les deux cas, le lien avec la conception mécanique est primordial afin de limiter les ponts thermiques et intégrer au plus tôt le système de refroidissement dans le schéma du détecteur. Nous utilisons des systèmes par air ou eau et menons pour cela différentes analyses : aéraulique, calcul des pertes de charges pour le dimensionnement des centrales de refroidissement, calcul des transferts thermiques, R&D sur les écrans thermiques et panneaux isolants. Chaque concept peut est défini ou optimisé par différents outils de calcul : analytiques (traités de thermique), modélisations par éléments/volumes finis (Ansys). Le service est équipé d’un banc de mesure de température et de débit afin de valider les études par un ou plusieurs prototypes.

Carte de température simulée d’un préamplificateur

Contact : J. Bettane

Correspondant:
Telephone:
Email:
Utilisateurs: RDD

Mots-clés

Thermique, Refroidissement, Fluidique


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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