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1 PROMES - Procédés, Matériaux et Energie Solaire

Abstract : A promising line of research to increase the efficiency of solar tower power plants consists in heating pressurized air to high temperatures in order to fuel a Brayton thermodynamic cycle. This requires to design effective solar receivers that allow for intense heat transfers toward the fluid. To develop such receivers, an in-depth understanding of their internal flows is needed. These are complex flows, combining strong turbulence and strong temperature gradient between the concentrated sun irradiated wall and the back insulated wall.The aim of this work is to investigate numerically and experimentally such flows.On one hand, velocities are measured by SPIV Stereoscopic Particle Image Velocimetry in a turbulent channel flow wind tunnel whom measurement cell is similar to a surface solar receiver. The influence of an asymmetric heating on the turbulence statistics are especially investigated. These measurements are supplemented by Large Eddy Simulations run under the same conditions as the wind tunnel. Finally, a Large Eddy Simulation is run in a channel flow textured on one wall by an innovative geometry. This internal receiver design combines vortex generators and riblets in order to enhance the heat transfers.

Résumé : Une voie prometteuse pour améliorer le rendement des centrales solaires à tour consiste à chauffer de l-air pressurisé à haute température afin d-alimenter un cycle thermodynamique de Brayton. Pour cela, il est indispensable de concevoir des récepteurs solaires performants,permettant de forts transferts de chaleur vers le fluide. Le développement de tels récepteurs passe par une compréhension fine de leurs écoulements internes. Il s-agit d-écoulements complexes, combinant de hauts niveaux de turbulence et un fort gradient de température entre la paroi irradiée par le flux solaire concentré et la paroi arrière isolée. On se propose dans ce travail de réaliser une étude amont numérique et expérimentale de ce type d-écoulements.D-une part, des mesures de vitesse par SPIV vélocimétrie par images de particules stéréoscopique sont effectuées dans une soufflerie de canal plan turbulent lisse dont la cellule de mesure est représentative d-un récepteur solaire surfacique. On observe en particulier l-influence d-un chauffage asymétrique sur les statistiques de la turbulence. Ces mesures sont d-autre part complétées par des simulations fines LES simulation des grandes échellesmenées dans les conditions de la soufflerie. Pour finir, une simulation LES d-un canal plan texturé sur une paroi par une géométrie innovante est conduite. Cette architecture interne du récepteur combine des générateurs de tourbillon et des riblets afin d-intensifier les échanges de chaleur vers le fluide.

en fr

Keywords : Large Eddy Simulation Heat transfer Temperature-velocity coupling Textured wall Surface solar receiver Turbulent channel flow Wind tunnel SPIV measurements

Mots-clés : Mesures SPIV Récepteur solaire surfacique Canal plan turbulent Transfert de chaleur Couplage température-vitesse Texturation pariétale Simulation des grandes échelles Soufflerie





Author: Morgane Bellec -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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