Un caloduc offre une conductivité effective très élevée — des centaines de fois celle du cuivre — parce que le fluide de travail s'évapore à une extrémité et condense à l'autre. On l'emploie dans le refroidissement de l'électronique, le contrôle thermique des véhicules spatiaux, et partout des ordinateurs portables aux modules de puissance.
Modélisation pratique : conductivité équivalente
Dans les analyses industrielles, l'intérieur d'un caloduc n'est pas résolu. Le tube est représenté comme un solide de conductivité très élevée et anisotrope : très élevée le long de l'axe, et égale à la conductivité réelle du matériau de paroi en travers.
Cette simplification est correcte à l'échelle système et rend le calcul un ordre de grandeur moins cher.
Mais elle n'est pas illimitée : les limites de transport
La puissance qu'un caloduc peut transporter est limitée, et au-delà de cette limite l'évaporateur s'assèche et la conductivité effective s'effondre. Les principales limites :
- Limite capillaire. La mèche n'arrive plus à ramener le condensat. C'est la plus restrictive dans les orientations défavorables à la gravité (évaporateur en haut).
- Limite d'ébullition. L'ébullition s'amorce entre la paroi et la mèche, coupant le retour du liquide.
- Limites sonique et visqueuse. Aux basses températures de fonctionnement, c'est l'écoulement de vapeur lui-même qui devient limitant.
Si vous employez dans le modèle une conductivité équivalente fixe, vous devez vérifier en fin de calcul que la puissance entrant dans le tube reste sous la limite. Sinon, le modèle présente comme parfaitement fonctionnel un composant qui s'est en réalité effondré.
Orientation et plage de température
La performance d'un caloduc dépend de l'angle d'installation ; le même produit n'est pas le même posé sur un bureau et monté au mur. Chaque fluide de travail a par ailleurs une plage de température utile — en dessous, la pression de vapeur est insuffisante ; au-dessus, la pression devient un problème de tenue.
La conductivité équivalente employée, l'orientation supposée et la vérification de la limite figurent ensemble dans le rapport.
Références
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605