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Thèse soutenue

Modélisation d'échangeur de chaleur : analyse théorique et expérimentale du comportement en régime transitoire : particularisation aux capteurs solaires et optimisation des systèmes moteurs associés

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Auteur / Autrice : Reina Börner
Direction : Michel Feidt, Poubady Ramany Bala
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et énergétique
Date : Soutenance en 1995
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Jury : Président / Présidente : Poubady Ramany Bala

Résumé

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La filière solaire des centrales actuellement existantes se base essentiellement sur des cycles classiques à vapeur. Mais il est aussi possible de développer une filière gaz en utilisant des turbines à gaz avec des cycles ouverts ou fermés. Dans cette optique a été développée une méthode générale d'optimisation du rendement d'un système capteur solaire à air - moteur thermique, en s'appuyant sur un fonctionnement en cycle de CARNOT puis en cycle de BRAYTON avec ou sans régénération. Les écarts de température à la source et au puits, les pertes thermiques directes entre source et puits sont pris en compte, ainsi que le rendement de régénération pour le cycle de Brayton. L’étude de la sensibilité paramétrique est faite en prenant la température du puits ou la température de stagnation comme référence. Cette première partie se termine par la présentation de quelques résultats significatifs, permettant de situer l'importance de ces paramètres dans la conception des moteurs thermiques de ce type. Dans la deuxième partie, l'étude en régime de relaxation de flux radiatif de ces capteurs solaires comportant des matrices poreuses mène à l'écriture des équations de bilan d'énergie pour les phases solide et fluide. Leur résolution analytique simplifiée en négligeant les termes de diffusion dispersion et le terme d'inertie du fluide aboutit à des valeurs du coefficient volumique de transfert h qui s'accordent avec ceux du régime stationnaire. Le modèle numérique développe ensuite pour la résolution des équations complètes est basé sur la méthode des volumes finis et permet l'identification de h par comparaison des profils de température calculés et expérimentaux. Le présent travail se limite aux milieux poreux suivants: les copeaux de duralumin, la laine de cuivre, la mousse de polyuréthane et les grains de liège. Les valeurs de h déduites du modèle numérique transitoire restent très supérieures à celles déduites du modèle analytique correspondant, mais restent cohérents par rapport aux quelques corrélations de la littérature