Optimisation thermodynamique des récepteurs solaires : analyse de la puissance entropique générée dans des écoulements anisothermes soumis à des conditions aux limites thermiques asymétriques

Thermodynamic optimization of solar receivers : analysis of entropy generation rates in anisothermal flows subjected to asymmetric thermal boundary conditions

• Auteur / Autrice : Jean-Marc Avellaneda
• Direction : Pierre Neveu, Françoise Bataille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) - Procédés- Matériaux et Energie Solaire / PROMES
• Jury : Président / Présidente : Jocelyn Bonjour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Neveu, Françoise Bataille, Jocelyn Bonjour, Jérôme Bellettre, Jean Castaing-Lasvignottes, Michel Pons, Gilles Flamant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Bellettre, Jean Castaing-Lasvignottes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Entropie

Matériaux -- Effets des hautes températures

Capteurs solaires

Mots clés libres

Récepteurs solaires

Optimisation thermodynamique

Puissance entropique générée

Ecoulements anisothermes

Conditions aux limites thermiques asymétriques

Solar receivers

Thermodynamic optimization

Entropy generation rates

Anisothermal flows

Asymmetric thermal boundary conditions

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des recherches visant à améliorer la performance des récepteurs de centrales solaires à concentration qui présentent des gradients de température importants et des conditions aux limites thermiques asymétriques. Il est nécessaire d'analyser les puissances utiles perdues du fait des irréversibilités thermiques et visqueuses : ceci est réalisé par l'étude de la puissance entropique générée au sein de l'écoulement en adoptant trois axes d'analyse différents qui apportent des éclairages complémentaires : (1) l'étude détaillée de la puissance entropique générée dans une couche limite laminaire en examinant en particulier l'effet du type de condition aux limites (température imposée vs densité de flux thermique imposé) (2) l'utilisation du calcul variationnel afin de déterminer quels champs de vitesse optimisent une fonctionnelle objectif reliée à la puissance entropique générée dans un écoulement en canal plan dont le tiers d'une des parois est à densité de flux imposée (3) l'étude de la puissance entropique générée dans un écoulement en canal plan, turbulent, quasi-compressible et pour un fluide dont les propriétés thermophysiques dépendent de la température.

This thesis work is part of research aimed at improving the performance of concentrated solar power plant receivers with large temperature gradients and asymmetric thermal boundary conditions. It is necessary to analyze the power lost due to thermal and viscous irreversibility: this is achieved by studying the entropy generation rate within the flow and by adopting three different axis of analysis that provide complementary insights: (1) the detailed study of the entropy generation rate in a laminar boundary layer by examining in particular the effect of the thermal boundary condition type (imposed temperature vs. fixed heat flux density) (2) the use of the calculus of variations to determine which velocity fields optimize an objective functional related to the entropy generation rate in a flat plate channel flow, one-third of one of the walls being at imposed heat flux density (3) the study of the entropy generation rate in a flat plate channel flow, turbulent, quasi-compressible and for a fluid which thermo-physical properties depend on temperature.