Récupération de chaleur par intégration de générateur de vorticité, hybridation avec des générateurs thermoélectriques, utilisation d’énergies renouvelables et analyse du cycle de vie

Advanced Heat Recovery Systems : use of Vortex Generators and hybridization with thermoelectric generators, considering renewable energy sources and Life Cycle Assessment

• Auteur / Autrice : Rima Al Aridi
• Direction : Thierry Lemenand, Mahmoud Khaled, Samer Ali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique
• Date : Soutenance le 08/09/2023
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315) - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes / LARIS
• Jury : Président / Présidente : David Bigaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Akram Ghanem, Jalal Faraj
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Talib Dbouk, Monica Siroux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Tourbillons (mécanique des fluides)

Analyse du cycle de vie

Générateurs thermoélectriques

Chaleur -- Récupération

Mots clés libres

Récupération de chaleur hybride

Générateurs de vortex

Dynamique des fluides computationnelle

Énergie renouvelable

Hybrid heat recovery

Vortex generators

Computational fluid dynamics

Thermoelectric generators

Renewable energy

Lifecycle assessment

Résumé

L’augmentation constante de la consommation d'énergie mondiale entraîne un épuisement des ressources naturelles, des prix de l'énergie élevés, une pénurie d'énergie, des impacts négatifs élevés sur l'environnement, mais aussi et surtout on observe de grandes quantités d'énergie thermique perdues dans tous les systèmes consommateurs d’énergie, où parfois la perte d'énergie dépasse 60%. Dans ce contexte, récupérer la chaleur perdue devient primordial, dans certains cas la récupération de chaleur peut atteindre jusqu'à 90%. Ainsi notre étude est orientée vers un système de récupération d'énergie hybride qui utilise des générateurs thermoélectriques (TEG) placés en surface dans un échangeur de chaleur à tube concentrique. Pour augmenter le transfert de chaleur, des générateurs de vorticité (VG) sont utilisés, de sorte que l'écoulement en aval génère deux tourbillons contra-rotatifs. Les simulations numériques de l’écoulement ont été menées pour différents designs et plusieurs configurations. L'analyse du cycle de vie de la conception a été mise en œuvre dans une étude pratique avec des sources d'énergie renouvelables et non renouvelables afin d'étudier combien cette conception permet d'économiser sur les plans économiques et environnementaux. Enfin, une étude fondamentale sur un système hybride de flux de chauffage et de production d'énergie électrique a été réalisée.

The constant increase in global energy consumption leads to the depletion of natural resources, high energy prices, energy shortages, significant negative impacts on the environment, but most importantly, large amounts of thermal energy are observed to be wasted in all energy-consuming systems, where sometimes energy loss exceeds 60%. In this context, recovering lost heat becomes crucial, and in some cases, heat recovery can reach up to 90%. Therefore, our study is focused on a hybrid energy recovery system that utilizes thermoelectric generators (TEG) located at the surface of a concentric tube heat exchanger. To enhance heat transfer, vortex generators (VGs) are used so that the downstream flow generates two counter-rotating vortices. The study is held through numerical simulations of the flow through different designs and configurations. Life cycle analysis of the design has been implemented in a practical study involving renewable and non-renewable energy sources to investigate the economic and environmental benefits of this design. Finally, a fundamental study on a hybrid system of heat flow and electricity production has been conducted.