Thermohydraulics of High Field Magnets: from microns to urban community scale

Thermohydraulique des champs magnétiques intenses : des microns jusqu'à l'échelle des communautés urbaines

Sacha Hodencq (1) , Francois Debray (2) , Christophe Trophime (2) , Benjamin Vincent (2) , Benoit Stutz (3) , Benoit Delinchant (1) , Frédéric Wurtz (1) , Camille Pajot (1) , Lou Morriet (1) , Fabrice Bentivoglio (4) , Raphaël Couturier (4) , Nicolas Giraud , Vivien Aromatario

1 G2ELab - Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
2 LNCMI-G - Laboratoire national des champs magnétiques intenses - Grenoble
3 LOCIE - LabOratoire proCédés énergIe bâtimEnt
4 CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

Pour atteindre des champs magnétiques plus intenses que ceux produits commercialement avec des aimants supraconducteurs, des bobines de champs à base d'alliage de cuivre sont développées dans quelques installations de champs magnétiques intenses. A Grenoble, une installation d'une puissance électrique de 24 MW permet de produire des champs continus jusqu'à 37 T dans un diamètre de 34 mm. Une augmentation de puissance à 30 MW est prévue pour être opérationnelle en 2022. Un aimant pour champs magnétiques intenses est un archétype d'échangeur compact aux caractéristiques extrêmes. Des flux de chaleur atteignant 10 MW.m-2 sont traités par un refroidissement par eau monophasique avec des vitesses de passages atteignant 30 m.s-1. Les canaux de refroidissement sont caractérisés par des diamètres hydrauliques de 200 à 1800 µm et des longueurs de 30 mm à 430 mm. Une perte de pression de 20 bars se développe entre l'entrée et la sortie de l'aimant pour champs intenses, le coefficient de transfert à la paroi des bobines atteint h=10 5 W.m-2 .K-1. En 2018, 15 GWh d'énergie électrique ont été injectés dans les aimants pour champs intenses de Grenoble. Cette énergie est intégralement transformée en chaleur fatale rejetée dans la rivière voisine. Un des projets du laboratoire est d'injecter une partie de ces calories dans le réseau de chaleur de l'agglomération grenobloise. La température de sortie de l'aimant est aujourd'hui au maximum de 40°C, température au-dessous de celle requise par le réseau de chaleur. L'utilisation d'une pompe à chaleur pour relever la température est donc nécessaire. Pour améliorer le modèle économique et les performances environnementales du projet, une solution est d'augmenter la température de sortie de l'aimant pour minimiser les coûts électriques associés aux pompes à chaleur. Pour cela nous devons diminuer le débit d'alimentation de l'aimant qui est actuellement 300 l.s-1 pour 24 MW et augmenter

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]

Sacha Hodencq, Francois Debray, Christophe Trophime, Benjamin Vincent, Benoit Stutz, et al.. Thermohydraulique des champs magnétiques intenses : des microns jusqu'à l'échelle des communautés urbaines. 24ème Congrès Français de la Mécanique, Aug 2019, Brest, France. ⟨hal-02485061⟩