Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „CFT thermiques“

Dans ce travail, nous présentons une étude numérique de la convection mixte d’un écoulement d’eau en régime laminaire, développée dans un cylindre chauffé par un flux de chaleur constant et uniforme. Une brève revue des travaux récents sur les écoulements et le transfert de chaleur en convection mixte est exposée. Une description du problème est présentée à travers les équations de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie). Les caractéristiques dynamiques et thermiques des grandeurs physiques de cet écoulement sont déterminées numériquement en utilisant le code CFD ANSYS 17.0. Dans le cas stationnaire, les simulations ont été effectuées par la méthode des volumes finis en utilisant l’approximation de Boussinesq. Les résultats obtenus ont confirmé que les forces de gravité génèrent deux rouleaux thermo-convectifs le long de la conduite. Ainsi, l’augmentation du nombre de Grashof indique une augmentation des champs dynamique et thermique. Par contre, l’augmentation du nombre de Reynolds induit une diminution de la température.

L’exposition des porcs à des températures ambiantes élevées s’accompagne d’une chute des performances chez le porcelet sevré, le porc en croissance et la truie en lactation. Cet effet négatif de la chaleur s’exerce notamment via une diminution de la consommation spontanée d’aliment. Après avoir exposé les mécanismes impliqués dans la thermorégulation et les difficultés rencontrées pour définir la zone de confort thermique, cet article présente les effets de la température sur les caractéristiques de la prise alimentaire chez le Porc en s’appuyant sur les résultats d’un programme expérimental développé depuis 1996 à l’INRA de St-Gilles. Ainsi, il apparaît que le Porc a un comportement essentiellement diurne quelle que soit la température ambiante. Dans la gamme des températures étudiées, la moindre consommation alimentaire au chaud résulte, dans un premier temps, d’une diminution de la taille des repas alors que leur fréquence n’est pas modifiée. Cependant, d’après les résultats obtenus chez les truies allaitantes, l’accroissement de l’intensité du stress thermique provoque également une réduction du nombre de repas. Lorsque la température varie au cours de la journée autour d’une valeur moyenne de confort, le porc en croissance et la truie allaitante adaptent leur prise alimentaire aux conditions thermiques et parviennent à compenser leur moindre consommation en période chaude par une ingestion d’aliment accrue pendant les périodes fraîches de la journée. Cependant, sous des températures moyennes élevées (supérieures à la zone de thermoneutralité), la consommation alimentaire plafonne pendant les périodes fraîches et ne permet plus de compenser la chute de consommation lors des périodes chaudes.

El presente artículo constituye una exploración del microclima urbano de la aglomeración madrileña a través del análisis de sus aspectos térmicos diurnos. Para tal fin se han conjugado dos fuentes de información: por un lado registros con termóme­tros digitales de las temperaturas del aire y, por otro, la banda del infrarrojo térmico suministrada por el Thematic Mapper del Landsat 5. Su estudio ha puesto de realce contrastes térmicos que parecen estar asociados con la topografía y orientación así como con las diferencias de uso del suelo y morfología del tejido urbano. [fr] Cet article explore la micro-climat de l’aglomeration urbaine de Madrid, envisageant particulierment les temperatures pendant le jour. Avec ce propos, deux sources de données ont eté utilisés: les temperatures de l'air prises avec thermomètres digitales et la bande de l'infrarouge thermique du Thematic Mapper (Landsat 5). L'analyse révéle des contrasts thermiques que semblent être liés avec la topographie, l'orientation et, aussi, avec les differences d'utilisation du sol et de morfologie urbaine.

Canicules et fortes chaleurs induisent un stress thermique potentiellement accru en milieu urbain. Nous examinons ici la combinaison de ces différents éléments à Dijon, à partir d’un réseau dense de stations avec des mesures horaires sur la période 2014-2021. Pour cela, nous mettons en œuvre une analyse (i) de la circulation atmosphérique synoptique et locale et (ii) des déterminants géophysiques (occupation du sol et topographie). Les cinq canicules détectées persistent 4 à 5 jours et sont associées à des situations de blocage atmosphérique de large échelle favorisant le développement d’inversions thermiques. Sur les 24 nuits étudiées : 60% sont caractérisées par un Îlot de Chaleur Urbain (ICU) excédant +3°C, une inversion thermique souvent supérieure à 0,5°C/100 m et un vent faible (<2 m/s); 30% par un ICU plafonnant à +2°C, un gradient adiabatique et un vent non négligeable (>2 m/s); 10% par un faible ICU, une faible inversion thermique et des conditions de vent variables. Des statistiques comparables sont obtenues par jours de fortes chaleurs (105 jours). Canicules et fortes chaleurs sont associées à deux structures contrastées en fonction des conditions de vent. Un vent non négligeable (>2 m/s) contribue à ventiler l’excès de chaleur de la ville et à limiter le contrôle de la topographie. En résultent des températures très homogènes sur l’ensemble de l’aire d’étude. Au contraire, un vent faible (<2 m/s) maximise le contrôle de l’occupation du sol et de la topographie sur la température de l’air. En résulte un excès de chaleur en ville. La plaine, à l’est, est relativement plus fraîche que le plateau à l’ouest, de même qu’un axe traversant l’agglomération le long du talweg et du cours d’eau (vallée de l’Ouche). Cet axe frais naturel limite l’ICU ou, a minima, favorise de relatifs Îlots de Fraîcheur Urbains nocturnes. Cette étude montre la pertinence de l’analyse combinée d’un réseau de mesures de la température de l’air, de la circulation atmosphérique et des descripteurs géophysiques pour mettre à jour les déterminants de la température de l’air et la spatialiser.

En 2016, une nouvelle version de la réglementation thermique algérienne pour le bâtiment est éditée par le Ministère de l’Habitat, de l’Urbanisme et de la Ville. L’application de cette réglementation thermique doit aboutir obligatoirement à l’isolation thermique des bâtiments neufs, avec comme objectif de réduire la consommation énergétique liée au chauffage et à la climatisation. Cet article présente les dispositions adoptées dans cette nouvelle réglementation thermique. Cette étude présente aussi une estimation des gains d’énergies engendrés par la mise en conformité d’un bâtiment à usage de bureaux.

Le sol algérien est riche en matériaux pouzzolaniques naturels, tels que la perlite naturelle, dans la région ouest plus précisément Hammam Boughrara à Maghnia (Tlemcen). Malheureusement, ils ne sont pas encore totalement exploités. La perlite, grâce à ses composants chimiques en l’occurrence la silice et l'alumine qui lui procurent des propriétés intéressantes, s’octroie le privilège d’être utilisée comme un ajout minéral actif dans la production du ciment. Cette étude contribue à apporter plus de données relatives à la valorisation de la perlite comme substitut partiel au ciment. Pour ce faire des mortiers contenant différents taux de perlite (0%, 10%, 15%, 20% et 25%) ont été confectionnés. Les comportements des cinq formulations à l’état frais (consistance, maniabilité et prise) et à l’état durci (absorption capillaire, propriétés thermo-physiques et résistances à la compression) ont été étudiés. Les résultats de l’étude expérimentale prouvent que la perlite de Maghnia influe positivement sur les propriétés des mortiers. La possibilité de l’employer à des dosages allant jusqu’à 25% dans le but de diminuer le taux du ciment implique un avantage économique et écologique. Par ailleurs, un comportement mécanique à compression satisfaisant à long terme pour un taux de perlite de 20%, a été noté. En outre, les mortiers composés de perlite présentent de faibles conductivités thermiques ce qui permet de mettre en évidence l’effet bénéfique de la perlite comme isolant thermique et l’intérêt de valoriser cet ajout.

Le but de cet article, est l’étude comparative relative à l’efficacité énergétique de deux appartements résidentiels qui sont situés dans la ville de Béchar (Algérie). A ce propos, des simulations ont été effectuées à l’aide du logiciel de simulation du comportement thermique en régime dynamique ‘TRNSYS 16’ avec le modèle numérique type 56. Ce projet vise l’introduction des matériaux de construction isolants, afin d’améliorer le confort thermique et de réduire l’énergie consommée. Diverses variantes ont été proposées, qui permettent de faire un choix pertinent assurant un meilleur confort thermique tout en étant très peu énergivore.

Pour continuer à produire de l’électricité alors que les conditions climatiques de cet été 2022 ont été extrêmes (chaleur et sécheresse), les limites thermiques liées aux rejets de certaines centrales ont été relevées temporairement à quatre reprises par arrêté. EDF a alors dû procéder à un bilan environnemental de l’impact du fonctionnement des centrales concernées, conformément à la réglementation.

Cet article est consacré à une étude numérique de la convection mixte en régime transitoire dans une cuve cylindrique utilisée dans les applications solaires. L’écoulement est supposé bidemensionnel (axisymétrique) et laminaire. Le modèle numérique développé et qui est basé sur une approche de type ‘volumes finis’, a été développé pour l’étude de l’effet des forces d’inertie, à travers le nombre de Reynolds, sur le comportement dynamique et thermique et, par conséquent, sur les performances de stockage thermique dans une cuve pendant les phases de charge et de décharge.

Les sources d’électricité intermittentes (solaire photovoltaïque et éolien) alimentent les réseaux électriques selon des modalités très différentes de celles des sources pilotables (hydrauliques, centrales nucléaires ou centrales thermiques brulant des combustibles fossiles). Cet article précise ces spécificités et donne quelques indications sur les solutions qui devront être mises en œuvre pour garantir l’équilibre des réseaux en cas de fort développement des sources intermittentes.

Le travail que nous présentons dans cette thèse est structuré autour de la notion de théorie des champs et de géométrie, qui sont appliquées à la gravité et la thermalisation.En gravité, notre travail donne un éclairage nouveau sur la structure asymptotique du champ gravitationnel dans le contexte des espace-temps asymptotiquement plats, ceci en utilisant l'information codée sur leur bord conforme. Ce dernier est une hypersurface de genre lumière sur laquelle émerge la physique carrollienne au lieu de la physique relativiste. Une structure carrollienne sur une variété est constituée une métrique dégénérée et un champ de vecteurs couvrant le noyau de cette dernière. Ce vecteur sélectionne une direction particulière qui peut être le point de départ de la description des structures carrolliennes dans un cadre séparé. Nous développons d'abord la géométrie carrollienne, y compris une étude complète des connexions et isométries (conformes). Des actions effectives peuvent vivre sur un arrière-plan carrollien. Les moments canoniques conjugués à la géométrie ou à la connexion peuvent être définis, et la variation de l'action donnera leurs équations de conservation, à partir desquelles les charges isométriques peuvent être bâties.La physique carrollienne émerge également lorsque la vitesse de la lumière tend vers zéro. Cette limite donne généralement plus de descendants carrolliens que ce qui est attendu après une analyse intrinsèque, comme le montrent les exemples explicites des fluides carrolliens, des champs scalaires carrolliens (pour lesquels deux actions, électrique et magnétique, apparaissent dans la limite) et du tenseur de Cotton carrollien. La richesse de la limite est due à sa possibilité de décrire plus de degrés de liberté, ce qui s'avère être un outil fondamental dans l'étude de la relation entre les espace-temps asymptotiquement anti de Sitter et plats.Les espace-temps asymptotiquement plats peuvent être écrits comme une expansion infinie dans une jauge covariante par rapport à leur bord nul. Cette légère extension de la jauge de Newman-Unti est également valable dans AdS, ce qui permet de prendre la limite plate dans le bulk, équivalente à la limite carrollienne sur le bord. Nous démontrons que l'espace des solutions infini des espace-temps Ricci-plat provient en fait du développement en série de Laurent du tenseur énergie-impulsion d'AdS. Ces répliques obéissent à chaque ordre une dynamique carrollienne (lois de flux). Dans le cadre des espaces algébriquement spéciaux de Petrov (pour lesquels le développement infinie se resomme), nous utilisons les lois de flux carrolliennes ainsi que la conservation des tenseurs énergie-impulsion et de Cotton pour construire, du point de vue du bord, deux tours duales de charges du bulk. Parmi elles, nous retrouvons l'expansion mutipolaire de la masse et du moment angulaire pour la famille Kerr-Taub-NUT. La jauge covariante est également le cadre approprié pour dévoiler l'action des symétries cachées de la gravité sur le bord nul. Dans ce travail, nous étudions le cas de la symétrie SL(2,R) d'Ehlers.Du côté de la théorie thermique des champs, nous travaillons sur l'ensemble minimal de données nécessaires pour les décrire à température finie. Alors qu'à température infinie toutes les valeurs moyennes des opérateurs primaires s’annulent, leurs valeurs non nulle dans le cas thermique constituent les données supplémentaires qu'il faut calculer pour caractériser la théorie. Les simulations numériques, la dualité avec un trou noir dans AdS ou une analyse spectrale sont généralement les méthodes employées pour trouver la valeur de ces coefficients. Notre travail propose une nouvelle approche à ce problème en montrant, à partir de deux oscillateurs harmoniques couplés, que ces coefficients sont en fait liés à des graphes conformes de théories de type fishnet. A partir de cette observation, nous avons établi une correspondance entre les fonctions de partition thermique et ces graphes
The work we present in this thesis is structured around the concepts of field theories and geometry, which are applied to gravity and thermalisation.On the gravity side, our work aims at shedding new light on the asymptotic structure of the gravitational field in the context of asymptotically flat spacetimes, using information encoded on the conformal boundary. The latter is a null hypersurface on which Carrollian physics instead of relativistic physics is at work. A Carroll structure on a manifold is a degenerate metric and a vector field spanning the kernel of the latter. This vector selects a particular direction which can be the starting point for describing Carroll structures in a split frame. We first elaborate on the geometry one can construct on such a manifold in this frame, including a comprehensive study of connections and (conformal isometries). Effective actions can be defined on a Carrollian background. Canonical momenta conjugate to the geometry or the connection are introduced, and the variation of the action shall give their conservation equations, upon which isometric charges can be reached.Carrollian physics is also known to emerge as the vanishing speed of light of relativistic physics. This limit usually exhibits more Carrollian descendants than what might be expected from a naive intrinsic analysis, as shown in the explicit examples of Carrollian fluids, Carrollian scalar fields (for which two actions, electric and magnetic arise in the limit) and the Carrollian Chern-Simons action. The richness of the limiting procedure is due to this versatility in describing a palette of degrees of freedom. This turns out to be an awesome tool in studying the relationship between asymptotically anti de Sitter (AdS) and flat spacetimes.Metrics on asymptotically flat spacetimes can be expressed as an infinite expansion in a gauge, covariant with respect to their null boundaries. This slight extension of the Newman-Unti gauge is shown to be valid also in AdS, which allows to take the flat limit in the bulk i.e. the Carrollian limit on the boundary, while preserving this covariance feature. We demonstrate that the infinite solution space of Ricci-flat spacetimes actually arises from the Laurent expansion of the AdS boundary energy-momentum tensor. These replicas obey at each order Carrollian dynamics (flux/balance laws). Focusing our attention to Petrov algebraically special spacetimes (for which the infinite expansion resums), we use the Carrollian flux/balance laws together with the conservation of the energy-momentum and Cotton tensors to build two dual towers of bulk charges from a purely boundary perspective. Among them we recover the mass and angular momentum mutipolar moments for the Kerr-Taub-NUT family. The covariant gauge is also the appropriate framework to unveil the action of hidden symmetries of gravity on the null boundary. In this thesis we study exhaustively the case of Ehlers' $SL(2,mathbb{R})$ symmetry.On the side of thermal field theory we see that while at infinite temperature a CFT is described by its spectrum and the OPE coefficients, additional data is needed in the thermal case. These are the average values of primary operators, completely determined up to a constant coefficient. Numerical simulations, duality with black-hole states in AdS or spectral analyses are the methods usually employed to uncover the latter. Our work features a new breadth. Starting from two coupled harmonic oscillators, we show that they are related to conformal ladder graphs of fishnet theories. This observation is the first step for setting a new correspondence between thermal partition functions and graphs

Cette thèse présente une étude numérique d’un séchoir solaire indirect à convection naturelle destiné à sécher les produits agricoles (les figues). La première partie analyse un séchoir solaire contenant une chambre de séchage couplée à un absorbeur inversé et une cheminée solaire. Les simulations ont été faites afin de déterminer les champs dynamique et thermique sous l’influence de la variation de la configuration de la cheminée solaire et la taille de l’ouverture d’admission. Les équations de conservations basées sur le modèle de turbulence k-ε standard sont résolues par la méthode des volumes finis à l’aide du code commercial ANSYS-Fluent. La deuxième partie analyse l’effet d’ajouter un stockage thermique sous forme d’un lit en gravier dans la chambre de séchage. Le lit est modélisé comme un milieu poreux. En plus, cette étude propose l’utilisation d’une deuxième entrée d'air dans la chambre de séchage afin d’assurer une distribution thermique plus homogène au niveau des claies et de garantir un séchage plus uniforme
This thesis presents a numerical study of an indirect natural convection solar dryer for drying agricultural products (Figs). The first part analyzes a solar dryer containing a drying chamber coupled to a reversed absorber and a solar chimney. Simulations were made to determine the dynamic and thermal fields under the influence of the variation of the solar chimney configuration and the size of the inlet opening. The governing equations based on the standard k-ε turbulence model are solved by the finite volume method using the ANSYS-Fluent commercial code. The second part analyzes the effect of adding a thermal storage in the form of a gravel bed in the drying chamber. The bed is modeled as a porous medium. Furthermore, this study proposes the use of a second air inlet in the drying chamber in order to ensure a more homogeneous thermal distribution at the level of the racks and to guarantee a more uniform drying

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'étude du comportement hydrodynamique et thermique des lits fluidisés par simulations numériques. Au moyen d'un couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la mécanique des fluides numérique (CFD), nous modélisons les interactions entre un fluide et un milieu granulaire. L'interaction est traduite à travers une force de traînée, et l'effet de la concentration locale en particules sur la force de traînée est pris en compte par une fonction de porosité. Les résultats de simulations sur un lit fluidisé sont commentés et comparés à des résultats expérimentaux, notamment en termes de hauteur d'expansion du lit fluidisé. L'influence des coefficients de frottement et de restitution des grains sur le comportement macroscopique du lit est également étudiée. À titre d'exemple, différentes géométries de colonnes de fluidisation sont modélisées. Pour chacune d’elles, les résultats des simulations sont analysés, notamment grâce à un indice de fluidisation. Ces exemples illustrent la possibilité d'optimiser des systèmes complexes d'écoulement granulaires par la méthode de simulation couplée CFD–DEM présentée dans ce travail. Nous avons proposé une approche thermique (conduction-convection) basée sur la méthode des volumes finis pour calculer le transfert de chaleur fluide-particules et particules-particules. Les effets des dissipations par le choc et la friction ont été également pris en compte et analysés. Les résultats des validations montrent que l'approche thermique a été bien intégrée avec le modèle de couplage CFD–DEM, et a prouvé son efficacité qu'il sagisse d'un lit fixe ou fluidisé
In this work, we are interested in the study of hydrodynamic and thermal behavior of fluidized beds by numerical simulations. By means of a coupling between the discrete element method (DEM) and computational fluid mechanics (CFD), we are modeling the interaction between a fluid and a granular medium. The interaction is translated through a drag force, and the effect of local concentration of the particles on the drag force is taken into account by a porosity function. Simulation results on a fluidized bed are discussed and compared with experimental ones, especially in terms of height of expansion of the fluidized bed. The influence of friction and restitution coefficients on the macroscopic behavior of the bed is also studied. For example, different geometries of fluidizing columns are modeled. For each of them, simulation results are analyzed, through a fluidization index. These examples illustrate the ability of the coupling CFD–DEM method presented in this work to optimize complex granular flow. We proposed a thermal approach (conduction-convection) based on the finite volume method to calculate the heat transfer between fluid-particle and particle-particle. The effects of dissipation by shock and friction were also taken into account and analyzed. The validation results depicted that the thermal model has proven its effectiveness whether on a fixed or fluidized bed

Dans un contexte international de transition énergétique, l’amélioration des systèmes de production d’électricité est un élément clé. Ainsi, l’optimisation de ces systèmes, ou des composants les constituant, vise à maximiser leur efficacité, afin de convertir au mieux une source d’énergie en électricité. C’est notamment le cas des cycles de Rankine, qui font l’objet de nombreuses études pour en améliorer le rendement. La présente étude se focalise sur un composant de ce cycle vapeur : le condenseur, chargé de condenser la vapeur en sortie de turbine. Un modèle numérique est développé afin de caractériser les performances thermiques et hydrauliques de cet échangeur de chaleur. Il fait appel à une technique d’homogénéisation locale, l’approche par milieux équivalents, pour estimer les transferts thermiques, dans le cas d’un échangeur de type tubes-calandre. Pour ce faire, chacun des éléments constitutifs de ce modèle est présenté en détails, puis validé. Les principales innovations de ce modèle sont sa précision accrue, car il est capable de renseigner les performances de chaque tube, et la combinaison de corrélations utilisées, dont le choix est appuyé par une étude bibliographique. Avec le niveau de précision proposé, le modèle permet finalement d’améliorer les performances locales de l’échangeur
Within a worldwide energy transition, the enhancement of electricity production systems plays a keyrole. Thus, the optimisation of these systems, or their constitutive components, aims at improving their efficiency, in order to better convert a energy source into electricity. In particular, it covers Rankine cycles, that numerous studies deal with, focusing on improving their performance rating. The current study is only about a single component of this steam cycle : the condenser, which is charged of condensing steam at the ouput of the turbine. A numerical modelling of the condenser has been carried out, in order to characterize its thermal and hydraulic performances. It involves an homogenization method, the porous media approach, to asses the thermal transfer, in the case of a shell-and-tube heat exchanger. To do so, each constitutive component of this model is described and validated. The main innovative aspects of this model are its increased precision, since it can give information about each tube’s performance, and the correlations’ combination, which choice is based upon a bibliographic study. With the reached precision, the model enable the user to improve the local performances of the heat exchanger

Dans la chambre de combustion, les températures auxquelles les parois sont soumises sont supérieures aux températures de fusion des matériaux. Afin de protéger les parois, une partie de l'air froid provenant du compresseur est injectée par des milliers de perforations (multiperforation). Cependant, face à l'enjeu de la pollution, les motoristes considèrent des solutions qui limitent la quantité d'air disponible pour le refroidissement. Son optimisation s'avère donc capital. Néanmoins, la très petite taille des perforations rend les simulations numériques coûteuses, et des modèles homogènes permettant de s'affranchir du maillage des trous ont gagné de l'importance. De plus, des études récentes ont mis en évidence l'intérêt d'une injection d'air de refroidissement non-alignée avec l'écoulement chaud (solution baptisée dilution giratoire). Cette thèse se propose, d'une part de développer un modèle homogène adapté à ce type nouveau d'injection et d'autre part de contribuer à la compréhension de la multiperforation giratoire
Ln the combustion chamber, temperatures up to 2000K are reached, which exceeds by far the melting point of the liner materials. ln order to protect the liner, cool air from the combustion chamber outer casing is injected into the combustor through a large number of sub-millimeter closely-spaced holes (effusion cooling). However, strict environmental legislation has led jet-engine manufacturers to consider techniques that reduce the quantity of air available for cooling. Therefore, cooling system must be carefully designed. However, the size of the holes makes detailed numerical simulations unaffordable. Aerothermal models that mimic effusion cooling behavior are a promising solution. On the Other hand, up to now, far too little attention has been paid to a novel effusion cooling technique (compound angle effusion cooling), where cold air injection is not aligned With the hot air flow direction. The aim of this dissertation is twofold: to establish an effusion cooling model and to investigate the flow field of compound angle effusion cooling

L'un des principaux leviers technologiques permettant le développement industriel de process de production énergétique renouvelable et à haute efficacité, consiste en l'élaboration d'une solution innovante de stockage de l'énergie. Ce système de stockage doit permettre de lisser la période de production et ainsi de suivre au plus près les besoins des consommateurs. Parmi les solutions existantes, le stockage thermique par chaleur latente présente de nombreux avantages qui font qu'aujourd'hui il fait l'objet de plusieurs travaux de recherche et de développement. Cette technologie est basée sur le principe que certaines classes de matériaux, appelés matériaux à changement de phase (MCP), libèrent (transition liquide/solide) ou accumulent (transition solide/liquide) de l'énergie lorsqu'ils sont soumis à un changement de phase. En amont du développement d'un design de stockage, il est essentiel de comprendre et de maitriser les processus thermiques entrant en jeu lors des phases de fusion et de solidification du matériau et cette compréhension passe par le développement de modèles numériques adaptés aux problématiques rencontrées. Dans le cadre de ce manuscrit, la filière technologique qui nous intéresse est celle des centrales solaires à concentration. Porté par l'ADEME dans le cadre du projet STARS (Stockage Thermique appliqué à l'extension de pRoduction d'énergie Solaire thermodynamique), le travail réalisé au sein du LaTEP consiste à analyser les performances d'une solution de stockage via la modélisation de cette dernière en considérant les phénomènes thermiques et hydrauliques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du logiciel de CFD libre de droit OpenFOAM dans lequel est développé et implémenté, par le laboratoire, un module dédié au problème qui nous concerne, à savoir la résolution eulérienne (maillage fixe) des équations de conservation pour un fluide incompressible, en présence d'un changement de phase solide-liquide dominé par des mouvements convectifs (convection-dominated phase change). Concernant les problèmes de transition de phase, diverses méthodes mathématiques et numériques ont été développées pour rendre compte finement de la physique de ces phénomènes. Après avoir effectué une revue de ces dernières dans la première partie du manuscrit, nous avons sélectionné deux formulations que nous avons implémenté dans OpenFOAM. Une fois ce travail réalisé nous avons taché de comparer les résultats renvoyés par ces différentes formulations en les confrontant aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Cela nous a permis d'une part de nous conforter dans l'utilisation de nos solveurs et sur la pertinence des résultats obtenus avec ces derniers et d'autre part de mettre en évidence les écarts entre les solutions renvoyées par chaque formulation. Fort de ce constat, nous avons souhaité évaluer l'impact de l'équation d'état utilisée pour relier l'enthalpie et la température, indispensable à la fermeture thermodynamique du système d'équations. Cette comparaison s'est faite par la simulation d'un échangeur type stockage thermique (simulations en 2D) et par l'analyse des performances de ce dernier lors des phases de stockage, de déstockage et au cours de plusieurs séries de cycles. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure sur l'importance d'une bonne caractérisation des MCP afin de pouvoir modéliser leur comportement au plus juste via la formulation mathématique et la loi d'état la plus adaptée
A major technological lever to the industrial development of renewable energy production processes with high efficiency, is the development of an innovative solution to store the energy. This storage device should help to smooth the production period and to follow closely the demand. Among the existing solutions, latent heat thermal storage has many advantages that make today it is the subject of several research and development projects. This technology is based on the principle that certain classes of material, called phase change materials (PCMs), release (during liquid to solid transition) or accumulate (during solid to liquid transition) energy when subjected to a phase change. Upstream of the development of a new storage design, it is essential to understand and master the thermal processes involved in the melting and solidification phase of the material and this knowledge comes through the development of numerical models adapted to the problems encountered. In the particular context of this Phdthesis, the technological process that interests us is that of CSP (Concentrated Solar Power). Funded by ADEME under the STARS Project (Thermal STorage Applied to the expansion of pRoduction of thermodynamic Solar energy), the work done by the LaTEP is to analyze the performance of a storage solution by modeling the latter, considering the thermal and hydraulic phenomena. The modeling work is done with the free source OpenFOAM CFD software in which is developed and implemented by the laboratory, a new module dedicated to the problem we are concerned, namely the resolution of Eulerian (fixed grid) conservation equations for an incompressible fluid in the presence of a solid-liquid phase change dominated by convective motions. Regarding the phase transition problems, various mathematical and numerical methods have been developed to finely consider the physics of these phenomena. After conducting a review of methods in the first part of the Phd thesis, we selected two formulations that we have implemented in OpenFOAM. Once this work done, we have managed to compare the results returned from these formulations by comparing them with experimental results available in the literature and also with analytical cases. This allowed us firstly to strengthen us in the use of our solvers and the accuracy of the obtained results and secondly to highlight the differences between the solutions returned by each formulation. After that, we wanted to assess the impact of the equation of state used to connect the enthalpy to the temperature, essential for closing the thermodynamic equations. This comparison was made by the simulation of a thermal storage exchanger (2D simulation) and by analyzing the performance of this latter during the charge phase, the discharge one and during several series of cycles. The obtained results allowed us to conclude about the importance of a good characterization of PCM in order to model their behavior as accurately via the mathematical formulation and the most suitable state law

Ces dernières années ont connu une explosion sans précédent de l'intérêt apporté aux études consacrées au confort thermique et à la qualité de l'air intérieur. Ceci se traduit dans la thermo-aéraulique du bâtiment par la nécessité d'une représentation très fine (à la foi expérimentalement et numériquement) des champs dynamique, thermique et hygrométrique établis à l'intérieur des locaux. Par conséquent, notre travail se propose de contribuer à l'approfondissement du comportement hygrométrique de l'air au sein d'une enceinte. Ceci est réalisé par l'intermédiaire d'une étude duale (expérimentale et numérique). La première partie de notre travail est consacrée à la présentation du dispositif expérimental sur lequel nous nous sommes appuyés (cellule expérimentale Minibat). Pour ce qui est de la partie numérique (développé dans la deuxième partie de notre étude), notre choix s'est porté sur l'approche CFD (Computational Fluid Dynamics) puisqu'il est actuellement possible de procéder à des simulations numériques de l'écoulement d'air au sein d'une cavité grâce au développement croissant des ordinateurs. De plus, nous nous attachons particulièrement dans cette partie sur l'intégration de la prise en compte de la vapeur d'eau au sein du modèle numérique. La démarche concernant la prédiction numérique du phénomène de condensation sur une surface froide est également présentée. La partie finale de notre travail met en évidence l'application effective de notre modèle numérique à l'étude d'une pièce ventilée (régime permanent) en s'appuyant sur les mesures issues de la campagne d'expérimentation
These last years knew an explosion without precedent of the interest brought to the studies devoted to thermal comfort and to quality of the interior air. This is translated in the thermo-aerodynamics of buildings by the need for a very fine representation (both experimentally and numerically) of the dynamic, thermic and hygrometrical fields established within the buildings. Consequently, our work proposes to contribute to the deepening of the hygrometrical behaviour of the air within an enclosure. This is carried out by a dual study (experimental and numerical). The first part of our work is devoted to the presentation of the experimental set-up on which we were based (experimental cell Minibat). Moreover, we focus on our contribution to the experimental device improvement regarding the addition of the components and metrology allowing to study in a suitable way the hygrometrical aspects inside the buildings. As regards the numerical part (developed in the second part of our study), our choice was the CFD approach since it is nowadays possible to carry out airflow numerical simulations within a cavity thanks to the growing development of the computers. As a result, a description of the fundamental elements of the numerical model (discretization of the computational domain, modelling of a turbulent flow, numerical resolution, etc. ) is given. Furthermore, we particularly focus in this part on the vapour integration within the numerical model. The final part of our work highlights the effective application of our numerical model to the study of a ventilated room (steady state conditions), based on measurements resulting from the experimentation campaign

La technologie d’impression par transfert thermique est un procédé largement employé dans l’industrie pour l’écriture de codes à barres et d’étiquettes. L’énergie apportée par des micro-sources de chaleur est transmise à un ruban encré, ce qui entraine après changement d’état de l’encre, le transfert de matière vers un support receveur. L'obtention d'une haute qualité d'impression est un prérequis incontournable à la lecture des données numériques ainsi produites. La variété des encres et supports d’impression, la large gamme de vitesse de fonctionnement et la diversité des technologies de têtes d’impression et d’imprimantes rendent la maitrise et le contrôle du processus délicat. L’analyse et la modélisation des transferts de chaleur lors du procédé d’impression par transfert thermique sont au cœur de cette étude. Pour ce faire, l’ensemble des composants du système d’impression (tête d’impression, rubans et supports) a été caractérisé. Une imprimante industrielle a été instrumentée de capteurs thermiques et mécaniques. De nombreuses expérimentations ont alors été menées dans diverses configurations d’impression. La base de données expérimentale obtenue a permis d’alimenter et de valider en tendance le modèle numérique du système global. Celui-ci tient compte de la structure multicouche opérant dans ce système multi-échelles et à la précision numérique requise pour pouvoir reproduire la rapidité des phénomènes engendrés. Complété par un critère d’impression pertinent au regard des mesures dimensionnelles effectuées sur des codes à barres, celui-ci a permis d’élaborer une imprimante virtuelle
Thermal printing process is a commonly used in manufacturing for the printing of labels and bar codes. Heating generated by micro-heaters is transferred to the inked ribbon. The ink melts which involves its transfer to the paper or either format. A higher printing quality is necessary. To success in the numerical information (bar codes) reading. The variety of inks and formats, the wide range of the operating speed and the diversity of printing heads and thermal printers make delicate the control of process. The analysis and modelling of thermal transfers involved in printing process are central in this study. In this way, the whole of elements of printing system (printing head, ribbons and formats) are characterized. An industrial printer has been instrumented with mechanical and thermal sensors. Many experiments are performed with several printing conditions. The experimental data base obtained has been used to feed and validate the model of the overall system. The model takes into account the multilayers structure constitutive of this multi-scale system. It has the required numerical precision to reproduce the speed of phenomena evolution. The definition of a printing criterion exclusively based on thermal consideration was associated to the model to develop a virtual printer

Ce travail de thèse présente la modélisation numérique CFD du comportement thermique cutané humain en cryothérapie corps entier (CCE), un traitement par le froid qui consiste à exposer l'ensemble du corps à des températures très basses (-110°C) pendant 3 à 4 minutes. L'objectif est d'optimiser les protocoles de cryothérapie spécifiques et propres à chaque personne. Des approches expérimentales (cartographies cutanées de températures par thermographies infrarouges) et des mesures de températures réelles dans la chambre principale de cryothérapie sont réalisées pour alimenter lesconditions aux limites d’entrée des simulations d’une part et de valider les résultats numériques d’autre part. Un modèle mathématique a été établi permettant de prédire le refroidissement de la température cutanée dans différentes zones du corps au cours d'une séance de cryothérapie corps entier CCE pour différentes populations et morphotypes.Des simulations numériques ont été réalisées pour étudier le comportement thermo-aéraulique de la chambre de cryothérapie vide et occupée. Ces simulations ont montré que la présence d'une personne perturbe les champs thermiques et aérauliques dans la chambre pendant la séance de CCE, entraînant une augmentation de la température de la chambre due à la dissipation de chaleur par la personne. Ce phénomène devient plus remarquable lorsque le nombre de sujets augmente. D'autres simulations ont été réalisées pour étudier la cinétique de refroidissement cutané pour différents morphotypes pendant une séance de CCE. Les modèles numériques ont été validés par les résultats expérimentaux, démontrant ainsi une bonne concordance entre les deux résultats
This thesis presents the CFD modelling of human cutaneous thermal behaviour in whole-body cryotherapy (WBC), a cold treatment that involves exposing the entire body to very low temperatures (-110°C) for 3 to 4 minutes. The objective is to optimize cryotherapy protocols that are specific and tailored to everyone. Experimental approaches (cutaneoustemperature mapping by infrared thermography) and measurements of actual temperatures in the main cryotherapy chamber are carried out to provide input boundary conditions for simulations, on the one hand, and to validate numerical results on the other hand. A mathematical model has been developed to predict the cooling of skin temperature in different body areas during a whole-body cryotherapy (WBC) session for various populations and morphotypes.Numerical simulations were conducted to determine the thermo-aerodynamic behaviour of both the empty and occupied cryotherapy chamber. These simulations revealed that the presence of a person disrupts the thermal and airflow fields within the chamber during the WBC session, leading to an increase in chamber temperature due to heat dissipation bythe person. This phenomenon becomes more pronounced as the number of subjects increases. Further simulations were carried out to investigate the cutaneous cooling kinetics for different morphotypes during WBC sessions. The numericalmodels were validated against experimental results, demonstrating a good agreement between the two results

Les dysfonctionnements observés dans les enceintes de conversion thermochimique tels que les zones mortes et les courts-Circuits conduisent en général à une mauvaise valorisation de la ressource énergétique et à une pollution atmosphérique. Ils trouvent leur origine dans les conditions aérauliques au sein de ces enceintes. Ils pourront alors être évités par une meilleure maîtrise de ces écoulements. Nous proposons dans ce travail d’une part, le développement d’un nouvel outil pour la détermination de la distribution des temps de séjour de la phase solide, basé sur la luminescence de particules préalablement enrobées de pigments phosphorescents. Cette méthode systémique, optique, non intrusive et souple d’emploi a été mise en place à l’échelle laboratoire sur un banc d’essais aéraulique. D’autre part, nous avons développé un modèle numérique permettant de déterminer la distribution des temps de séjour afin de maîtriser les écoulements à la sortie des enceintes en vue de les optimiser et les extrapoler à l’échelle industrielle. Cette approche analytique est basée sur une modélisation par couplage MFN de type volumes finis du comportement d’un fluide à l’aide du Code Saturne et DEM de type éléments discrets du comportement du solide à l’aide du code SIGRAME. Enfin une confrontation de la DTS du modèle numérique avec laDTS expérimentale a été réalisée
Dysfunctions observed in thermochemical conversion reactors like dead zones and short circuits generally lead to inaccurate pricing of energy resources and air pollution. They originate in the air flow conditions in these aeraulic reactor. They can then be avoided by a better control of these flows. We propose in this work to develop a new tool for determining the distribution of residence time of the solid phase, based on the luminescence of particles previously coated with phosphorescent pigments. This optical method, non-Intrusive and flexible, has been implemented at a laboratory scale, on an aeraulic test bench.On the other hand, we have developed a numerical model allowing to determine the distribution of the residence time to master the flows at the exit of surrounding walls to optimize them and extrapolate them at the industrial scale. This analytical approach is based on a modelling by coupling MFN by finite volume types via the Code Saturn and DEM by discrete elements of the solid behavior by means of the code SIGRAME. Finally a confrontation of the DTS of the digital model with the experimental DTS has been done

Avec l'augmentation attendue des activités minières dans les régions nordiques du Canada en raison de la demande mondiale de minéraux critiques, il est impératif de concevoir des méthodes nouvelles et fiables pour identifier les lacs qui peuvent être situés au-dessus des sections de sol non gelées (c.-à-d. les taliks) dans les environnements de pergélisol continu. Lorsque les taliks pénètrent complètement le pergélisol, ils peuvent permettre des interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines sous le pergélisol, ce qui présente des défis importants pour les opérations minières. Ce rapport fournit des données de référence détaillées sur la température de l'eau, la conductivité et parfois des mesures de pH pour les lacs près de Rankin Inlet, au Nunavut, effectuées en avril et en septembre 2023. Cet ensemble de données alimentera nos modèles thermiques et géophysiques pour l'identification des taliks et les modèles conceptuels cryo-hydrogéologiques pour la simulation de l'écoulement hydrogéologique souterrain dans les régions de pergélisol continu. Nos résultats révèlent notamment qu'en avril, les températures de la colonne d'eau dans les bassins lentiques sélectionnés variaient de 0,1 à 2°C directement sous la couverture de glace et de 1,7 à 3,5°C à l'interface eau-sédiment. Inversement, en septembre, la colonne d'eau des bassins étudiés était isotherme. Ces profils de température suggèrent que les lacs étudiés présentent des caractéristiques indiquant des bassins polymictiques froids, la stratification hivernale étant plus prononcée avec l'augmentation de la profondeur du bassin. En outre, nos mesures de conductivité indiquent une relation salinité-densité dans la colonne d'eau des lacs. Plus précisément, les mesures effectuées directement sous la couche de glace et près du fond du lac variaient respectivement de 74 à 168 µS cm-1 et de 77 à 352 µS cm-1 en avril 2023, tandis que les conductivités de la surface et du fond du lac variaient respectivement de 44 à 111 µS cm-1 et de 73 à 488 µS cm-1 en septembre. En outre, les évaluations préliminaires des effets de la cryoconcentration sur la charge en solutés pendant les saisons de prise et de retrait des glaces indiquent une contribution potentielle aux écarts observés dans les conductivités de la colonne d'eau entre les deux saisons d'échantillonnage sur le terrain. Toutefois, il est essentiel de procéder à des analyses géochimiques supplémentaires pour valider cette hypothèse et explorer la possibilité d'autres phénomènes naturels qui pourraient expliquer ces différences.