Doctorant (H/F). Interactions entre Turbulence et Température dans les systèmes solaires à concentratio

Sujet de thèse :
Titre : Interactions entre Turbulence et Température dans les systèmes solaires à concentration

Ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension et la modélisation des écoulements turbulents soumis à de forts gradients thermiques au sein des récepteurs solaires thermiques (T) et hybrides photovoltaïques-thermiques (PVT) utilisés pour la conversion de l’énergie solaire concentrée. Le projet sera développé selon des approches théorique, numérique et expérimentale. Des processus physiques originaux se développent dans ces systèmes. Ils sont liés au mode de chauffage du fluide caloporteur, qui s’échauffe soit au contact d’une paroi à haute température absorbant le rayonnement solaire concentré soit dans un volume soumis directement au rayonnement. Ces configurations induisent des interactions entre la turbulence et les gradients thermiques qu’il s’agit d’élucider au plan théorique et de valider expérimentalement. Plusieurs niveaux de modélisation seront développés.
Les écoulements turbulents révèlent une structure très complexe en particulier en présence de gradients thermiques. Les différentes quantités caractéristiques de l'écoulement présentent un aspect aléatoire. La technique généralement employée consiste à adopter une représentation statistique de la turbulence qui permet d’accéder directement à des grandeurs globales caractéristiques sans passer par les réalisations complètes des champs turbulents, obtenus - par exemple - avec des simulations numériques directes. Cette approche introduit en contrepartie un problème de fermeture, c'est-à-dire que le nombre d'inconnues est alors supérieur au nombre d'équations. De nombreuses tentatives de fermeture sont proposées depuis les modèles en un point jusqu'à des théories plus sophistiquées, reposant sur des approches basées sur une description des champs turbulents par des corrélations statistiques en plusieurs points, tels que les modèles spectraux de type EDQNM
Les objectifs théorique et numérique de cette thèse sont donc le développement d’une modélisation EDQNM d’un écoulement turbulent en présence de forts gradients thermiques dus au chauffage asymétrique (une seule paroi est chauffée). La prise en compte du rayonnement dans le cas d’un écoulement constitué d’un gaz absorbant (type CO2) dans la modélisation EDQNM sera également envisagé. Grâce à l’exploitation numérique du modèle développé, il s’agira notamment de calculer les spectres d’énergie pour un cas isotherme. Les forts gradients de température vont modifier la pente du spectre d’énergie et ainsi transformer les transferts d’énergie. Des analyses paramétriques et des études de sensibilité, afin de déduire les phénomènes fondamentaux de redistribution énergétique selon les échelles de turbulence, seront réalisées. Par la suite, à partir des équations et résultats issus de la modélisation EDQNM, le développement d’un modèle simplifié (un point, avec hypothèse de Bou
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