H/F : PhD offer - Offre de thèse : Écoulements bouillants en conduite macroscopique horizontale : carac

Sujet de thèse :
Bien que sous-exploitées actuellement, les technologies solaires à concentration (CST) apparaissent comme une solution intéressante pour décarboner le mix énergétique et certains procédés industriels. Les CST permettent la production de chaleur grâce à la concentration du rayonnement solaire par un champ de miroirs sur un récepteur solaire. Cette chaleur, évacuée par un fluide de transfert thermique (HTF), peut être soit utilisée directement comme telle dans un procédé industriel soit valorisée sous forme d’électricité par un cycle thermodynamique. On parle alors de Centrale Solaire à Concentration (CSP). La seule centrale CSP française opérationnelle est installée à Llo en Cerdagne. Elle utilise des collecteurs linéaires de Fresnel. Le rayonnement est concentré sur un tube d’un diamètre interne de l’ordre de 50 mm positionné à l’horizontale quelques mètres au-dessus. Le HTF est de l’eau sous-refroidie. Sous l’effet du rayonnement solaire, la paroi du tube récepteur chauffe et l’eau évacue la chaleur par convection. Au-delà de la saturation, un écoulement bouillant se met en place. Différents régimes d’écoulement apparaissent en fonction des paramètres de contrôle. A Llo, la vapeur produite est valorisée dans une turbine pour produire de l’électricité [5, 4]. Cependant, une filière parallèle et prometteuse, visant la décarbonation de l’industrie, consiste à valoriser directement la vapeur produite dans des procédés industriels qui la requièrent [3] (agroalimentaire, papeterie, extraction de pétrole...). Il est primordial de pouvoir prédire les régimes d’écoulement dans le récepteur pour deux raisons. Tout d’abord, la production de vapeur dépend directement de celui-ci. De plus, les contraintes thermomécaniques exercées sur le tube récepteur, qui ont un impact direct sur sa durée de vie, varient également en fonction des régimes. En effet, lorsqu’une partie du tube récepteur s’assèche, des points chauds peuvent apparaitre du fait de la mauvaise évacuation de la chaleur par la vapeur.

Objectifs et approche méthodologique
La thèse repose sur une approche couplée alliant une étude expérimentale avec le dispositif ConBo et la modélisation du dispositif par approche Euler-Euler (en couplant les logiciels NEPTUNE_CFD et syrthes [1] développé par les acteurs du nucléaire français).
Le programme de travail prévoit :
. Une étude bibliographique détaillée de l’état de l’art sur les régimes d’écoulement bouillant et leur modélisation
. L’enrichissement de l’instrumentation de ConBo avec la mise en place d’un Wire Mesh Sensor pour mesurer la fraction volumique en sortie de la section d’essai et de jauges de contrainte sur la section chauffée.
. L’analyse physique des mécanismes de transfert apparaissant dans ces écoulements grâce à la base de données expérimentales collectée
. L’évaluation des modèles de fermeture de l’approche Euler-Euler – notamment le modèle de partitionnement de flux à l
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