Doctorant H/F: Modélisation d'un échangeur à lits fluidisés pour intégration dans une centrale [...]

Doctorant H/F: Modélisation d'un échangeur à lits fluidisés pour intégration dans une centrale solaire

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Date Limite Candidature : mardi 4 juin 2024

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant H/F: Modélisation d'un échangeur à lits fluidisés pour intégration dans une centrale solaire
Référence : UPR8521-SAMMER-003
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : PERPIGNAN
Date de publication : mardi 14 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135 € brut / mois
Section(s) CN : Milieux fluides et réactifs : transports, transferts, procédés de transformation

Description du sujet de thèse

Objectif de la thèse
Le projet de thèse vise à contribuer au développement d'un modèle d'échangeur de chaleur à lit fluidisé dans lequel le fluide à chauffer circule à l'intérieur de faisceaux de tubes immergés dans les particules fluidisées. Il s'agit d'un modèle à une échelle intermédiaire entre une approche particulaire dans laquelle le mouvement de chaque particule est simulé, et une approche globale qui décrit le transfert uniquement sur base d'un coefficient d'échange pariétal.

Le contexte
Afin d'augmenter la température de fonctionnement des centrales solaires à concentration (CSP) au-dessus de 600°C (idéalement 700-750°C), plusieurs projets aux Etats-Unis, en Australie et en Europe développent le concept de centrales solaires à base de particules. Dans ce concept, les particules sont utilisées comme fluide caloporteur et comme matériau de stockage de l'énergie thermique. Les particules sont chauffées dans un récepteur exposé à un rayonnement solaire concentré et stockées. L'énergie solaire ainsi captée est ensuite transférée à un fluide de travail (qui alimente une turbine) par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur.

Le cœur de la thèse concerne le composant HX2, l'échangeur de chaleur qui transfère la chaleur du lit fluidisé au fluide de travail du cycle électrique. Ce dernier est un élément clé du concept, qui diffère des échangeurs de chaleur conventionnels liquide/liquide ou liquide/gaz utilisés dans les centrales thermiques classiques. Dans cet échangeur de chaleur, les mécanismes de transfert de chaleur entre les particules et les tubes immergés sont étroitement liés aux régimes d'écoulement diphasique dans le lit fluidisé.

Méthode
La première étape consiste à développer un modèle global simple basé sur un bilan thermique (en se basant sur un travail antérieur). Ensuite, l'échange de chaleur entre le lit fluidisé et les tubes immergés sera étudié numériquement avec une approche Euler-Euler. Les simulations de lit fluidisé anisothermie 3D seront réalisées sur un supercalculateur national avec le solveur massivement parallèle Neptune_CFD. Ce logiciel est développé pour les applications liquide-gaz par un consortium français dirigé par EdF et adapté aux écoulements fluide-particules par les équipes de l’IMFT et du LGC de l'Université de Toulouse. Le transfert de chaleur dans le faisceau de tubes sera analysé en couplant le solveur fluide avec Syrthes, un solveur de transfert de chaleur 3D.
La validation des simulations sera effectuée par rapport aux données expérimentales prévues dans le cadre du projet Powder2Power avec un échangeur de chaleur à lit fluidisé/air sous pression. Une fois validée sur cette configuration, la configuration réelle de la centrale électrique, où du CO2 supercritique est chauffé dans l'échangeur, sera envisagée.

Plan de recherche
- Etude bibliographique sur la modélisation du transfert de chaleur pariétal dans un lit fluidisé
- Développement d'un modèle simple basé sur des corrélations de transfert de chaleur
- Simulations 3D de la dynamique du lit fluidisé et du transfert de chaleur dans un compartiment d'échangeur de chaleur à l'aide d'une approche Euler-Euler
- Étude paramétrique de la géométrie de l'échangeur de chaleur et des conditions de fonctionnement
- Recommandations pour la conception de l'échangeur de chaleur

Profil du candidat
Nous recherchons un candidat titulaire d'un master en mécanique des fluides, en énergétique ou en génie des procédés. Une bonne maîtrise de l'anglais (oral, écrit et lu) est requise, ainsi que de solides connaissances en mécanique des fluides et en transfert de chaleur. Compte tenu du programme de recherche, une appétence pour le travail numérique est essentielle. Une expérience préalable en programmation serait appréciée mais n'est pas requise.

Contexte de travail

Salaire :~2135 € brut/mois

La personne recrutée travaillera sur le site du laboratoire PROMES de Perpignan.

L'équipe d'encadrement de la thèse se compose de :
- Samuel Mer (PROMES - Perpignan)
- Adrien Toutant (PROMES - Perpignan)
- Renaud Ansart (LGC - Toulouse)
- Gilles Flamant (PROMES - Odeillo)

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

Cette thèse est financée par le projet Horizon Europe Powder2Power (P2P)