Modélisation des phénomènes convectifs lors du changement de phase solide-liquide par utilisation de l'équation de diffusion de la chaleur et d'une forme modifiée de la conductivité PDF Download
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Author: Farid Mechighel
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Pages : 290
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Les principaux phénomènes physiques de transport par convection à la base de la formation des macros ségrégations lors d’un processus à changement de phase liquide solide (notamment au cours de la solidification des alliages métalliques) sont présentés. A l’échelle microscopique, il s’agit de la micro ségrégation résultant du rejet de solutés dans la phase liquide et de la diffusion dans la phase solide. À l’échelle macroscopique, les espèces chimiques ainsi rejetées sont transportées dans la pièce sous leffet des mouvements de convection dans la phase liquide. Ces mouvements de convection sont causés par les gradients de masse volumique, eux-mêmes générés par les gradients de température et de concentration en solutés. C’est cette convection thermo-solutale qui donne naissance aux macros ségrégations, hétérogénéités de concentration à l’échelle de la pièce ou du lingot de fonderie, qui vont affecter diverses propriétés (mécaniques, chimiques...) en service ou lors de transformations ultérieures. D’autre part, l’effet de stabilisation par champ magnétique est examiné. Les phénomènes d’instabilités causés par les transports convectifs sont illustrés et décrits numériquement dans le travail présenté.
Author: Eric Pernot
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Languages : fr
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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: Sha Li
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ISBN: 9781412302838
Category : Fusion
Languages : fr
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Author: Clément Beust
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Languages : fr
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Dans un procédé industriel dans lequel de la vapeur intervient, l'intégration d'une solution de stockage de vapeur permet de découpler sa production de son utilisation ; cela permet de réaliser des économies d'énergie, ou bien de valoriser l'énergie thermique d'un effluent de vapeur autrement perdu. Le stockage de vapeur est par ailleurs crucial pour les centrales solaires thermiques à génération directe de vapeur. Ce travail porte sur la modélisation d'un système de stockage de vapeur par Matériau à Changement de Phase (MCP) de type tubes-calandre. Ces systèmes stockent l'énergie thermique de la vapeur via la chaleur latente de changement de phase solide-liquide d'un matériau dit MCP. Les transferts de chaleur dans un module de stockage sont souvent influencés par les mouvements de convection naturelle du MCP liquide pendant la fusion ou la solidification. La prédiction des performances thermiques d'un module requiert de simuler ces mouvements à l'aide d'un modèle de mécanique des fluides numériques (Computational Fluid Dynamics ou CFD) à maille fine, dont les temps de calculs sont incompatibles avec les besoins du dimensionnement. L'objectif de ce travail est de développer un modèle de dimensionnement et de prédiction des performances d'un module de stockage, qui tienne compte des phénomènes physiques d'échelle fine tout en permettant des temps de calcul raisonnables. L'approche de modélisation est multi-échelles : deux modèles de finesses différentes sont utilisés, à savoir un modèle CFD fin du MCP, et un modèle système d'un module.Le modèle CFD se fonde sur l'approche enthalpie-porosité de Voller, qui permet de simuler en 3D le changement de phase solide-liquide, en tenant compte des mouvements du MCP en phase liquide. La sensibilité du modèle à plusieurs de ses paramètres caractéristiques du changement de phase est étudiée, sur deux cas d'étude pour lesquels les mouvements de convection naturelle sont d'intensités différentes. Les effets d'influence croisée des paramètres sont mis en évidence. La comparaison à des résultats expérimentaux permet de dégager des préconisations pour l'utilisation du modèle. Les valeurs de la chaleur latente et de la plage de température du changement de phase du MCP s'avèrent fondamentales pour les deux cas étudiés, ce qui souligne l'importance de caractériser précisément le MCP pour la simulation numérique du changement de phase solide-liquide. La constante de zone pâteuse, qui détermine le taux de freinage de l'écoulement de liquide au niveau du front de fusion ou de solidification, a une influence différente selon le cas d'étude, aussi bien du point de vue de la tendance suivie par les résultats que de la valeur optimale à adopter. Il est ainsi préconisé de caler ce paramètre sur des résultats expérimentaux, lorsque cela est possible.Le modèle système représente l'écoulement 1D d'eau liquide / de vapeur dans les tubes d'un module, et les transferts de chaleur et le changement de phase dans le MCP à l'extérieur des tubes. Le MCP y est représenté par un modèle de conduction pure avec conductivité équivalente. Le modèle CFD est utilisé pour simuler un module de stockage prototype, installé au CEA Grenoble, avec tubes à ailettes segmentées ; le MCP est du nitrate de sodium (point de fusion : 305°C). Les résultats CFD permettent d'obtenir une loi d'échange thermique 1D entre le tube et le MCP, qui tient compte des échanges convectifs, et de l'intensification des transferts par les ailettes et les inserts conducteurs disposés dans le MCP. Cette loi est utilisée pour calculer une conductivité équivalente du MCP pour le modèle système. La méthodologie de modélisation est validée sur des essais de charge du module prototype (fusion du MCP et condensation de vapeur). Le modèle système reproduit correctement le taux de charge transitoire prédit par le modèle CFD, ainsi que celui mesuré expérimentalement, pour un temps de calcul 10 à 90 fois plus faible.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Philippe Gourbesville
Publisher: Springer
ISBN: 9812876154
Category : Science
Languages : en
Pages : 616
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Book Description
This book is a collection of extended papers based on presentations given during the SIMHYDRO 2014 conference, held in Sophia Antipolis in June 2014. It focuses on the modeling and simulation of fast hydraulic transients, on 3D modeling, and on uncertainties and multiphase flows. The book explores both the limitations and performance of current models and presents the latest developments based on new numerical schemes, high-performance computing, multiphysics and multiscale methods, and better interaction with field or scale model data. It addresses the interests of practitioners, stakeholders, researchers and engineers active in this field.
Author: Goddard Space Flight Center. Office of Public Affairs
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Category : Artificial satellites
Languages : en
Pages : 366
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Author: Eric Servat
Publisher:
ISBN: 9781901502121
Category : Arid regions
Languages : fr
Pages : 518
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Author: Denis L. Blackmore
Publisher: World Scientific
ISBN: 9812563202
Category : Science
Languages : en
Pages : 299
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Book Description
Honoring the contributions of one of the field's leading experts, Lu Ting, this indispensable volume contains important new results at the cutting edge of research. A wide variety of significant new analytical and numerical results in critical areas are presented, including point vortex dynamics, superconductor vortices, cavity flows, vortex breakdown, shock/vortex interaction, wake flows, magneto-hydrodynamics, rotary wake flows, and hypersonic vortex phenomena.The book will be invaluable for those interested in the state of the art of vortex dominated flows, both from a theoretical and applied perspective.Professor Lu Ting and Joe Keller have worked together for over 40 years. In their first joint work entitled ?Periodic vibrations of systems governed by nonlinear partial differential equations?, perturbation analysis and bifurcation theory were used to determine the frequencies and modes of vibration of various physical systems. The novelty was the application to partial differential equations of methods which, previously, had been used almost exclusively on ordinary differential equations. Professsor Lu Ting is an expert in both fluid dynamics and the use of matched asymptotic expansions. His physical insight into fluid flows has led the way to finding the appropriate mathematical simplications used in the solutions to many difficult flow problems.
