Etude des écoulements avec transfert de chaleur dans les cheminées solaires

Abstract

Le travail présenté dans cette thèse est relatif à l’analyse des écoulements dans les centrales à cheminée solaire. La centrale à cheminée solaire (CCS) peut être présentée comme un dispositif économique pour la production d'électricité solaire. A cet effet, un modèle analytique pour prévoir ses performances a été développé. Ce modèle est différent d’une manière significative des modèles proposés dans la littérature. En plus de sa simplicité, il considère les interactions entre les différentes partie du système, traditionnellement ignorées dans la plus part des études entreprises dans la littérature. Le modèle ainsi développé permettra l’analyse dimensionnelle du système dans un souci éventuel de réalisation et /ou d’expérimentation. En outre, la condition à la limité sur le flux solaire est introduite naturellement plutôt que de considérer une augmentation prédéterminée de la température de l'air. Une analyse théorique de l’écoulement d’air à travers la CCS en convection naturelle laminaire ou turbulente, pour prévoir le comportement thermo-hydrodynamique de l’écoulement a été élaborée. Les équations de bilans de conservation décrivant l'écoulement dans la cheminée, pour différentes formes géométriques du canal cheminée et sous différentes conditions opérationnelles ont été développées et résolues numériquement par utilisation de la méthode des éléments finis. Le code de calcul ainsi développé a été validité par les solutions benchmark de De Vahl Davis. L’étude a montré que la hauteur et le diamètre de la tour sont les variables physiques les plus importantes dans la conception d’un système susceptible de produire un meilleur champ hydrodynamique, par contre les dimensions du collecteur, plus particulièrement sa hauteur, permettent de mieux contrôler le champ thermique solaire de la cheminée.