Présentée par Lise CEBALLOS Tuteur: M. BAUDOUY 03/09/10 Étude des transferts thermiques de l’hélium superfluide dans des microtubes Présentée par Lise CEBALLOS Tuteur: M. BAUDOUY 03/09/10

Sommaire Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Sommaire Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats

Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion

Particularité 2 phases liquides Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Particularité 2 phases liquides Fluide « classique » avec des propriétés proches de celles d’un gaz Très bon conducteur de chaleur Viscosité très faible Diagramme des phases de l’hélium dans le plan (P,T) Sous P=1 bar, transition à =2.163 K

Conservation de la quantité de mouvement pour un fluide au repos: Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Modèle à 2 fluides L’hélium superfluide est composé : D’un fluide normal D’un superfluide Transporte la chaleur Conservation de la quantité de mouvement pour un fluide au repos: Convection interne

Régimes thermiques En régime stationnaire: Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Régimes thermiques En régime stationnaire: A bas flux de chaleur: régime de Landau A flux de chaleur élevé: régime de Gorter-Mellink He II d Avec ρ la masse volumique de l’hélium superfluide, s son entropie, η la viscosité du fluide normal, β =2 dans le cas d’un tube Terme de Gorter-Mellink Avec A le coefficient de Gorter-Mellink

Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion

Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Etude d’un microtube Présence de l’He II dans des microtubes lors du refroidissement d’aimants supraconducteurs Canaux de10-100 µm 1ère couche Hélium superfluide 2ème couche 2ème couche 1ère couche Câble Câble dit de Rutherford Couches d’isolants entourant le câble Schématisation des couches d’isolants Régime de Gorter-Mellink jusqu’à 50 μm

Objectifs Test d’un nouveau système expérimental Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Objectifs Test d’un nouveau système expérimental Étude des régimes thermiques dans un microtube de 150 μm de diamètre Régime permanent Hélium superfluide pressurisé à 1 bar Flux de Gorter-Mellink: Détermination du coefficient A de Gorter-Mellink

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Principe de l’expérience Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Principe de l’expérience Hélium superfluide L Flux variable en entrée Flux de Gorter-Mellink: Calculs effectués avec HEPAK

Capteur de température Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Système expérimental Bain maintenu à température constante Bain maintenu à température constante Hélium superfluide Microtube de 150 μm de diamètre Micarta Capteur de température 18 mm 10 mm 5 mm Chauffeur Époxy Époxy DP 190 5 mm 25 mm 35 mm Capteur de température à l’intérieur du chauffeur

Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Système expérimental Microtube Isolant époxy Vue de face du système Vue de face du microtube au microscope électronique Fils reliés au chauffeur Fils reliés au capteur de température Vue de dessus du système

Cryostat double-bain P=1 bar et entre 1,7K et 2,1K Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Cryostat double-bain Schéma simplifié du cryostat double-bain dans le cas où le bain est maintenu à 2 K P=1 bar et entre 1,7K et 2,1K

Difficultés rencontrées Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Difficultés rencontrées

Isolation du microtube Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Isolation du microtube Résultat pour = 1,9 K : Différence de température ΔT entre l’entrée et la sortie du tube en fonction du flux de chaleur q ΔT (K) Conduction: fuite thermique par les isolants

Modification du système Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Modification du système Ajout de 40 mm d’isolant époxy Hélium superfluide Micarta Époxy Résistance thermique des isolants: Résistance thermique de l’hélium superfluide du microtube: vaut de l’unité jusqu’à

Modification du système Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Modification du système Ancien tube Ajout d’isolant époxy Nouveau tube 32 mm 35 mm

Comparaison des tubes Résultat pour = 2,0 K : Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Comparaison des tubes Résultat pour = 2,0 K : Différence de température ΔT entre l’entrée et la sortie du tube en fonction de la puissance Q ΔT (K) Pas de changement entre les deux tubes: la fuite thermique provient d’ailleurs Restriction de l’étude aux bas flux de chaleur

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Résultats à bas flux Résultat pour = 1,9 K : Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Résultats à bas flux Résultat pour = 1,9 K : Différence de température ΔT entre l’entrée et la sortie du tube en fonction du flux de chaleur q ΔT (K) q (W.m-2) Résultats proches de la théorie pour toutes les températures testées

Coefficient de Gorter-Mellink Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Coefficient de Gorter-Mellink Coefficient de Gorter-Mellink Sur une plage de température telle que On trace ΔT en fonction de . On obtient A(T).

Coefficient de Gorter-Mellink Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Coefficient de Gorter-Mellink Evolution de la différence de température ΔT en fonction de pour =1,9 K

Coefficient de Gorter-Mellink Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Coefficient de Gorter-Mellink Coefficient de Gorter-Mellink en fonction de la température T Résultats proches de la théorie

Conclusion Problème de perte thermique Introduction Hélium Objectifs du stage Expériences Difficultés rencontrées Résultats Conclusion Conclusion Problème de perte thermique Principe de l’expérience à modifier Bons résultats à faibles flux de chaleur Coefficient de Gorter-Mellink proche de la théorie

Merci pour votre attention!