Modélisation des écoulements dans les cheminées solaires

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire est relatif à la modélisation des écoulements dans les cheminées solaires et à l’étude de leurs performances énergétiques en fonction de certains paramètres dominants. L’analyse du problème est structuré en deux parties: une première, relative au calcul énergétique pour la prédiction des performances tel que le rendement et la puissance délivrée par une centrale cheminée solaire (CCS) en fonction de quelques paramètres géométriques et physiques tels que la hauteur et l’irradiation solaire. Une seconde étude, relative à une modélisation bidimensionnelle d’un écoulement en régime transitoire en convection naturelle dans une géométrie semblable à celle d’une cheminée solaire pour la prédiction du comportement thermo-hydrodynamique du mouvement d'air à travers un système axisymétrique avec des conditions aux limites bien définies a été abordée. Le champ de vitesses et de températures dans le système ont été déterminés à travers la résolution, par la méthode des volumes finis, des équations de la dynamique des fluides. Le travail présenté pourra constituer une plate forme d’optimisation et de simulation numérique du problème. Les codes de calcul ainsi développés constitueront des outils de prévision des phénomènes physiques ayant lieu dans les cheminées solaires avant la phase même de réalisation des installations proprement dites. Le travail abordé dans ce mémoire est organisé en trois parties: la première partie, composée du chapitre1, présente certaines généralités sur les Centrales Cheminées Solaires (CCS) et résume les études antérieures réalisées sur ces systèmes. La deuxième partie comporte deux chapitres, 2 et 3, abordant une étude purement énergétique: * Chapitre 2: présentation de la théorie ainsi que les modèles mathématiques utilisés dans l’étude énergétique. * Chapitre 3: évaluation des performances des CCS à travers l’analyse de l’influence des différents paramètres comme le rayonnement solaire, la température ambiante, la hauteur de la tour etc. La troisième partie, constituée des chapitres 4, 5 et 6 s’intéresse à l’aspect dynamique des CCS et plus particulièrement à un écoulement laminaire transitoire d’un fluide incompressible sous l’effet de la convection naturelle. * Chapitre 4: formulation du modèle mathématique et présentation de la méthode adoptée pour le maillage dans l’étude dynamique. * Chapitre 5: présentation de la méthode des volumes finis utilisée dans la résolution des équations de Navier Stokes. * Chapitre 6: résultats et interprétations. Le mémoire se termine par une conclusion générale exposant les objectifs atteints, les difficultés rencontrées et les perspectives à prévoir pour la continuité de ce travail.