Postdoc H/F - Simulations thermo-hydrauliques et thermo-mécaniques de récepteurs solaires à génération

Missions :
- Simulation thermohydraulique de récepteurs solaires à génération directe de vapeur (GDV)
- Simulation thermomécanique de récepteurs solaires GDV
- Analyse numérique du comportement transitoire d'un champ solaire GDV
Activités :
- Une étude bibliographique détaillée de l’état de l’art sur les régimes d’écoulement bouillant et leur modélisation
- La prise en main des outils numériques nécessaires à la réalisation de l’étude
- Une étude numérique de l’effet de la distribution du flux sur le récepteur, l’analyse du comportement transitoire du système lors d’un passage nuageux, ainsi que l’analyse de la distribution du débit entre les différentes lignes de récepteurs
- La valorisation des résultats dans des conférences internationales et des revues scientifiques
Contexte de travail :
Bien qu’encore sous-exploitées, les technologies solaires à concentration (CST) apparaissent comme une solution intéressante pour décarboner le mix énergétique et certains procédés industriels. Les CST permettent de produire de la chaleur grâce à la concentration du rayonnement solaire par un champ de miroirs sur un récepteur solaire. Cette chaleur, évacuée par un fluide caloporteur (HTF), peut être soit utilisée directement dans un procédé industriel, soit valorisée sous forme d’électricité via 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 de diamètre interne de l’ordre de 50 mm, positionné horizontalement quelques mètres au-dessus des miroirs. Le fluide caloporteur 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. Lorsque les conditions de saturation sont atteintes, un écoulement bouillant se met en place. Différents régimes d’écoulement apparaissent alors en fonction des paramètres de contrôle. À Llo, la vapeur produite est valorisée dans une turbine pour produire de l’électricité [4, 3]. Cependant, une filière parallèle et prometteuse, visant la décarbonation de l’industrie, consiste à utiliser directement cette vapeur dans les procédés industriels qui la requièrent [2] (agroalimentaire, papeterie, extraction de pétrole...).

Il est primordial de pouvoir prédire les régimes d’écoulement dans le récepteur pour deux raisons. Tout d’abord, les conditions de production de vapeur dépendent directement de ces régimes. 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 apparaître du fait de la mauvaise évacuation de la chaleur par la vapeur.