16/02/2015 : Offre de post-doc IMFT-CEA (18 mois)

 

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Coordination des offres :  P. Salagnac (patrick.salagnac@univ-lr.fr)

 

Du 16/02/2015 Au 16/05/2015

 

Offre de post-doc IMFT-CEA (18 mois)
Etude expérimentale et numérique des transferts thermiques en paroi
d’un écoulement de CO2 supercritique et trans-critique
 

Contexte


Dans le cadre du projet SeleCO2 financé par l’ANR, on cherchera à mettre en oeuvre un système de stockage thermique diffusif dans un massif rocheux en vue d’un stockage d’énergie pour (avec finalité de) restitution de kWh électrique. On imagine de mettre en oeuvre un circuit de CO2 fluide caloporteur entre un doublet de stockage thermique diffusif dans un massif rocheux {stock « chaud » +95°C / stock« froid » -55°C}. En situation de kWh électrique excédentaire, une pompe à chaleur (PAC) régénère le doublet thermique. La restitution du kWh électrique est réalisée par une turbine ORC. Ce projet est mené en collaboration avec le BRGM, GdF Suez, Enertime, le CEA Grenoble et l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse.

L’IMFT en collaboration avec le CEA Grenoble a pour mission d’étudier l’hydrodynamique et les transferts thermiques en paroi de l’écoulement de CO2 supercritique et diphasique en tube circulaire. Le travail du post-doctorant comportera une partie expérimentale menée au CEA et une partie simulation numérique à l’aide du code NEPTUNE_CFD à l’IMFT.


Descriptif des travaux

Les travaux expérimentaux spécifiques à l’échangeur géothermique et aux écoulements du CO2 seront réalisés au CEA. Deux aspects des écoulements liés à l’état thermodynamique du CO2 seront regardés :

  • - Les écoulements et transferts en CO2 supercritique
  • - Les écoulements et transferts en CO2 en ébullition convective

Ces travaux se décomposent en deux étapes. Dans premier temps, les conditions limites thermiques sont contrôlées via un apport contrôlé de la chaleur au CO2. Cette première étape est nécessaire pour valider les modèles en ayant une bonne maîtrise des conditions à la paroi de l’échangeur (flux thermique imposé). Les profils de vitesse et de température sont analysés et comparés aux modèles pour le cas du CO2 supercritique. En diphasique, des mesures de taux de vide seront réalisées. Ces mesures nécessitent le choix d’une métrologie adaptée aux écoulements à haute pression et haute température. Une étude paramétrique expérimentale sera menée sur la base décrite ci-dessus, notamment en regardant l’influence de grandeurs comme la vitesse du CO2, la pression de fonctionnement et le flux thermique en paroi appliqué.

Dans une deuxième phase, l’échangeur sera couplé au massif rocheux simulant du BRGM pour étudier son fonctionnement avec les conditions limites d’un géostockage. Dans ce cas, le couplage doit amener un équilibre différent des températures de paroi et donc des conditions d’écoulement et de transferts thermique. Les performances de l’échangeur d’un point de vue macroscopique sont alors mesurées, en terme de puissance apportée/récupérée et selon le mode de fonctionnement du géostockage (thermocline ou isotherme). Cette ultime phase doit permettre de valider le concept global du géostockage et les choix de son fonctionnement sur la conception technico-économique de l’ensemble du système.

En parallèle à l’étude expérimentale, un code de simulation CFD (RANS monophasique et modèle Eulérien à 2 fluides en diphasique) sera utilisé pour simuler les écoulements monophasique supercritique et diphasique. Une intégration des propriétés physiques variables du CO2 doit être réalisée. La comparaison des simulations aux profils de température, vitesses moyenne et fluctuante et taux de vide mesurés doit permettre de valider les simulations numériques réalisées. Après validation du modèle numérique, une étude paramétrique dans différentes conditions de débit de CO2, pression et flux de chaleur sera réalisée. Les résultats des simulations permettront ensuite de fournir des modélisations globales des transferts pariétaux de masse, quantité de mouvement et énergie qui pourront être utilisées dans une approche monodimensionnelle permettant un calcul couplé avec le transfert de chaleur dans le massif rocheux.

Profil du candidat


Le candidat devra être titulaire d’un diplôme de Doctorat en Mécanique des fluides et avoir des compétences en thermodynamique et transferts thermiques. Il devra avoir une expérience dans l’utilisation de codes de calculs CFD en mécanique des fluides.

Contact


Catherine Colin : colin@imft.fr - tel 05 34 32 28 25 –

IMFT- Groupe Interface - 2 allée Camille Soula – 31400 Toulouse

Démarrage du post-doc février ou mars 2015




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