Fluid Mechanics and Acoustics Laboratory - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
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Counterflow instabilities in superfluid Helium: application to cryogenic cooling

Counterflow instabilities in superfluid Helium: application to cryogenic cooling

La conductivité thermique exceptionnelle de l’hélium liquide superfluide (en dessous de 2,17 K) permet un refroidissement efficace avec de très faibles gradients thermiques. Cette particularité est utilisée par exemple pour le refroidissement des bobines supraconductrices dans les accélérateurs de particules. L’efficacité de ce refroidissement est essentielle pour assurer un fonctionnement optimal : on estime qu’un kW perdu à basse température engendre au final un surcoût énergétique de l’ordre de 0,5 à 1MW. L’évacuation de la chaleur par l’hélium superfluide est cependant limitée par l’apparition dans le superfluide de la turbulence, qui réduit la conductivité thermique et, de ce fait, les capacités de refroidissement.
Un enjeu important est de mieux comprendre les mécanismes déclencheurs de la turbulence superfluide. Une question essentielle est liée aux conditions aux bords qui devraient jouer un rôle important (en analogie avec les phénomènes de couche limite dans les écoulements classiques). Ce point n’a jamais fait l’objet d’études spécifiques. Notre approche s’appuiera au LMFA sur des simulations numériques originales de type Boltzmann sur réseau ; la nature mésoscopique de la méthode Boltzmann sur réseau s’avère particulièrement judicieuse pour traiter ce problème. À terme, les résultats devraient permettre un meilleur contrôle de la turbulence superfluide, et par conséquent du transport de chaleur dans les dispositifs de réfrigération cryogénique.
Ce projet a déjà démarré, soutenu par le programme Arc-Energies de la région Rhône-Alpes, qui finance une thèse débutée en septembre 2012. Il s’agit d’un projet mené en collaboration avec l’Institut Néel de Grenoble, qui conduit des expériences en parallèle de nos simulations.

Staff implied: E. Lévêque.

Collaborations: Institut Néel de Grenoble, projet financé par la région Rhône-Alpes.


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