Author: Alain Morel
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Languages : fr
Pages : 130

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Author: Alain Morel (mathématicien)
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Languages : fr
Pages : 130

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Etudes théorique et numérique des transferts de chaleur dans un modèle d'accumulateur de chaleur pour centrale solaire constitué par une enceinte cylindrique contenant des rangées de tubes circulaires perpendiculaires à un axe contenant un corps accumulateur avec un fluide caloporteur circulant longitudinalement dans l'enceinte

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Languages : fr
Pages : 163

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Author: Pierre Palier
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Languages : fr
Pages : 163

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Category : Fuel
Languages : en
Pages : 646

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Author: Eric Pernot
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Languages : fr
Pages : 0

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L'un des principaux leviers technologiques permettant le développement industriel de process de production énergétique renouvelable et à haute efficacité, consiste en l'élaboration d'une solution innovante de stockage de l'énergie. Ce système de stockage doit permettre de lisser la période de production et ainsi de suivre au plus près les besoins des consommateurs. Parmi les solutions existantes, le stockage thermique par chaleur latente présente de nombreux avantages qui font qu'aujourd'hui il fait l'objet de plusieurs travaux de recherche et de développement. Cette technologie est basée sur le principe que certaines classes de matériaux, appelés matériaux à changement de phase (MCP), libèrent (transition liquide/solide) ou accumulent (transition solide/liquide) de l'énergie lorsqu'ils sont soumis à un changement de phase. En amont du développement d'un design de stockage, il est essentiel de comprendre et de maitriser les processus thermiques entrant en jeu lors des phases de fusion et de solidification du matériau et cette compréhension passe par le développement de modèles numériques adaptés aux problématiques rencontrées. Dans le cadre de ce manuscrit, la filière technologique qui nous intéresse est celle des centrales solaires à concentration. Porté par l'ADEME dans le cadre du projet STARS (Stockage Thermique appliqué à l'extension de pRoduction d'énergie Solaire thermodynamique), le travail réalisé au sein du LaTEP consiste à analyser les performances d'une solution de stockage via la modélisation de cette dernière en considérant les phénomènes thermiques et hydrauliques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du logiciel de CFD libre de droit OpenFOAM dans lequel est développé et implémenté, par le laboratoire, un module dédié au problème qui nous concerne, à savoir la résolution eulérienne (maillage fixe) des équations de conservation pour un fluide incompressible, en présence d'un changement de phase solide-liquide dominé par des mouvements convectifs (convection-dominated phase change). Concernant les problèmes de transition de phase, diverses méthodes mathématiques et numériques ont été développées pour rendre compte finement de la physique de ces phénomènes. Après avoir effectué une revue de ces dernières dans la première partie du manuscrit, nous avons sélectionné deux formulations que nous avons implémenté dans OpenFOAM. Une fois ce travail réalisé nous avons taché de comparer les résultats renvoyés par ces différentes formulations en les confrontant aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Cela nous a permis d'une part de nous conforter dans l'utilisation de nos solveurs et sur la pertinence des résultats obtenus avec ces derniers et d'autre part de mettre en évidence les écarts entre les solutions renvoyées par chaque formulation. Fort de ce constat, nous avons souhaité évaluer l'impact de l'équation d'état utilisée pour relier l'enthalpie et la température, indispensable à la fermeture thermodynamique du système d'équations. Cette comparaison s'est faite par la simulation d'un échangeur type stockage thermique (simulations en 2D) et par l'analyse des performances de ce dernier lors des phases de stockage, de déstockage et au cours de plusieurs séries de cycles. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure sur l'importance d'une bonne caractérisation des MCP afin de pouvoir modéliser leur comportement au plus juste via la formulation mathématique et la loi d'état la plus adaptée.

Author: Grégoire Bellenot
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Languages : fr
Pages : 0

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Dans le cadre du développement des énergies renouvelables et des énergies de récupération, le stockage thermique est un sujet de recherche majeur. Parmi les technologies prometteuses, le stockage de chaleur sensible mono-cuve est une alternative intéressante aux technologies habituelles à deux cuves. L'utilisation d'un milieu poreux granulaire, au lieu du milieu libre des stockages à thermocline, permet de réduire la quantité de fluide de stockage, souvent couteux. Dans ce type de technologie, l'influence de la distribution du fluide en entrée et sortie du milieux poreux sur les performances est peu étudiée.L'étude bibliographique du sujet a montré que la plupart des études expérimentales et numériques de stockages thermiques dual-media sont monodimensionnelles ou considèrent que la distribution du fluide est idéale, uniforme perpendiculairement à l'écoulement général. Toutefois, une étude récente remet en cause cette hypothèse, soulevant la question de l'impact potentiel de la distribution de fluide pour une application industrielle. Par ailleurs, les milieux poreux étudiés sont en général constitués de grains d'une seule granulométrie.Dans un premier temps, une campagne expérimentale est réalisée. Une installation expérimentale, utilisant un milieu poreux à double granulométrie, est utilisée pour effectuer des cycles de charges et de décharges avec un suivi des grandeurs physiques caractéristiques. Trois distributions de fluide sont disponibles pour l'entrée et la décharge du fluide à haute température. Les données récoltées donnent de premiers résultats sur l'influence de la distribution de fluide sur ce type de stockage et oriente la suite de l'étude. L'analyse des données permet également d'observer les imperfections de l'installations et d'en rechercher les causes et conséquences.Dans un second temps, le fonctionnement du stockage thermique mono-cuve dual-media est étudié numériquement. Un modèle numérique multi-dimensionnel et tenant compte de la granulométrie double est développé. Ce modèle, développé à partir de l'étude de la littérature pertinente et en particulier des travaux réalisés précédemment au Laboratoire de Stockage Thermique du CEA-LITEN, se base sur la résolution des équations classiques de la thermodynamique, appliquées à un milieu poreux. Sa spécificité est de résoudre une équation de conservation de la chaleur pour le fluide et une pour chacune des deux phases solides granulaires. Le modèle est validé par comparaison avec des résultats expérimentaux tirés de la campagne précédente, avec un accord acceptable.Le modèle développé est employé pour réaliser une étude théorique de l'influence de la distribution de fluide sur le comportement du stockage. Plusieurs tests de charge et de décharge en conditions idéalisés sont effectués sur un système représentant le milieu poreux de l'installation expérimentale. Deux distributions de fluide sont comparées, l'une uniformément répartie et l'autre avec un fort jet axial et centré. L'influence de la convection naturelle et de l'augmentation de vitesse du fluide liée à la distribution sont étudiés en répétant les mêmes tests après avoir modifiés les paramètres physiques du modèle. Les essais relient ces phénomènes physiques aux les comportements observés.Dans un dernier temps, les résultats obtenus expérimentalement et numériquement sont rassemblés et interprété dans le cas d'une éventuelle application industrielle. Dans le cas où l'impact de la distribution de fluide mis en évidence serait jugé suffisamment important, des recommandations sont apportées, basées sur les résultats précédents et une étude bibliographique des solutions techniques de distribution des fluides dans ce type de stockage thermique.

Author: Remy Osipian
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Languages : fr
Pages : 0

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Ce travail porte sur le développement d'un système de stockage de chaleur en vue d'assurer le confort thermique de l'habitacle d'un véhicule électrique. Ce dispositif, appelé batterie thermique, se présente comme un réservoir composé d'un lit fixe de matériaux à changement de phase (MCP). Ce type de matériau a la propriété d'emmagasiner de fortes quantités de chaleur (latente) sous de faibles volumes, permettant d'envisager un système très compact. A l'échelle du matériau, une investigation sur la cinétique des transferts thermiques au sein de plusieurs MCPs a été évaluée. Une expression phénoménologique décrivant l'évolution temporelle de la température d'un MCP en phase de solidification a été proposée. Elle permet d'estimer la durée de solidification du matériau en fonction de ses caractéristiques géométriques et thermiques. A l'échelle du système, un prototype de batterie thermique a été réalisé et la dynamique des transferts en phase de stockage et déstockage a été étudiée. Les durées de stockage et déstockage suivent des lois de puissance avec le débit imposé ; les pertes de charges s'avèrent insignifiantes. En parallèle, un modèle numérique simulant le comportement dynamique et thermique d'un lit fixe de particules de MCP a été développé et validé sur les données expérimentales. Il pourra être utilisé pour le dimensionnement du futur prototype et servira également d'outil pour optimiser les performances de la batterie en ajustant les paramètres de contrôle.

Author: ETIENNE.. VRIGNAUD
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Languages : fr
Pages : 87

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CONSTRUCTION D'UN MODELE DU FONCTIONNEMENT PERIODIQUE D'UN ACCUMULATEUR DE CHALEUR DANS LEQUEL LE MATERIAU DE STOCKAGE EST PLACE EN VRAC DANS UNE CUVE ISOLEE AU SEIN DE LAQUELLE EST IMMERGE UN ECHANGEUR A PLAQUES OU A AILETTES PLANES. VERIFICATION EXPERIMENTALE SUR MAQUETTE DU MODELE NUMERIQUE ELABORE

Author: Jean-Claude Mardon
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Languages : fr
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