Simulation numérique directe des écoulements gas-particules dans les récepteurs solaires de tour à concentration

Pour optimiser les performances des tours solaires à concentration, les fluides caloporteurs usuels peuvent être remplacé par des particules d’olivine, capables de transporter la chaleur à des températures supérieures à 1000 degC. Fluidisées par une injection d’air, ces particules acquièrent un comportement analogue à celui d’un fluide. Elles évacuent la chaleur des parois du récepteur solaire, tandis que la fluidisation assure une homogénéisation thermique efficace. Afin d’étudier les mécanismes de transferts thermiques dans ces récepteurs, nous réalisons des simulations numériques résolues à l’échelle des particules de lits fluidisés anisotherme. L’objectif est d’analyser les transferts thermiques dans un lit fluidisé chauffé par ses parois. Le modèle est basé sur une formulation monofluide des équations de Navier-Stokes et de l’énergie. Les interfaces sont suivies par une méthode Front-Tracking : un maillage lagrangien mobile décrit la surface des particules, puis est projeté sur un maillage eulérien pour y déterminer les propriétés monofluides. Les équations de conservation sont résolues sur ce maillage eulérien, tandis que le maillage lagrangien est advecté à chaque pas de temps selon la vitesse imposée à la surface des particules. La rigidité des particules est assurée par une pénalisation visqueuse et la température à leur surface est imposée via une méthode ghost-fluid. La température interne des particules est supposée homogène. La simulation numérique est initialisée avec des particules à température fixe jusqu’à stabilisation de la dynamique de l’écoulement. Les transferts thermiques sont pris en compte une fois le régime statistiquement stationnaire atteint. Les échanges thermiques pariétaux sont finalement étudiés en fonction de la vitesse de fluidisation, de la distance à la parois et de la hauteur dans le lit.

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