Étude des transferts de chaleur couplés pour la récupération de la chaleur fatale H/F

Sujet de thèse :
Objectifs de recherche
• Développer un modèle stochastique multi-physique intégrant les propriétés de semi-transparence
des matériaux pour simuler les transferts thermiques (conduction, advection, rayonnement)
dans un milieu poreux soumis à des conditions thermiques extrêmes.
• Intégrer dans le modèle les effets de l’atmosphère réactive (H2, O2, H2O) sur le vieillissement
des matériaux, leurs propriétés thermiques et optiques puis modéliser ces évolutions dans le
temps.
• Participer à la validation expérimentale des modèles développés via des tests sur des échangeurs
de chaleur en céramique à l’échelle du laboratoire et sur des fours pilotes industriels. Ce tra-
vail sera fait en lien avec un(e) post-doctorant(e) situé au CEMHTI.
• Optimiser la conception d’échangeurs de chaleur poreux en utilisant des méthodes d’optimi-
sation numérique afin d’améliorer leur efficacité dans les environnements industriels.
Méthodologie
Modélisation numérique et simulation
Une approche Monte Carlo sera utilisée pour modéliser les échanges thermiques couplés (conduc-
tion, advection, rayonnement) à différentes échelles spatiales et temporelles, en prenant en compte
les propriétés optiques et thermiques évolutives du matériau [1]. L’objectif est de modéliser précisé-
ment le comportement des matériaux poreux semi-transparents et de simuler la performance des
échangeurs de chaleur dans des géométries complexes. Cette approche s’appuie sur la méthodolo-
gie développée par le LEMTA sur la simulation multiphysique utilisant la méthode des intégrales
de chemin pour résoudre des problèmes couplés complexes dans des milieux poreux [2][3].
Validation expérimentale
Des tests en laboratoire seront réalisés sur des échangeurs de chaleur en AZS pour valider les pré-
dictions des simulations. Cela inclura la mesure des propriétés thermiques et optiques des matéri-
aux avant et après exposition à des atmosphères réactives. Les dispositifs expérimentaux complé-
mentaires du CEMHTI et du LEMTA seront mis en œuvre pour ces caractérisations [4][5]. Des
campagnes de tests à plus grande échelle seront également menées sur des fours pilotes existant à
Saint-Gobain Recherche.
Conception et optimisation
Des méthodes d’optimisation couplées au code de calcul développé seront utilisées pour concevoir
des échangeurs de chaleur à haut rendement, tout en minimisant la perte de charge et en maximisant
la récupération d’énergie à travers la structure poreuse. La simulation des champs de vitesse dans
l’échangeur et l’intégration des données expérimentales dans le modèle multi-physique permettront
de définir les spécifications optimales pour un échangeur à échelle industrielle.
Étude de l’effet du vieillissement des matériaux
La caractérisation des phénomènes de corrosion et de dégradation des propriétés optiques et ther-
miques des matériaux AZS en fonction de leur exposition à l’atmosphère réactive (hydrogène et
vapeur d’eau) se
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