Modelisation et simulation numerique des ecoulements et des transferts dans les milieux poreux. Application a l'etude des regenerateurs microtubulaires en ceramique mis en Œuvre dans les turbines a gaz industrielles

Modelling and numerical simulation of the flow and transfer in porous media. Application to the study of ceramic microtubular regenerators used with industrial gas turbines

• Auteur / Autrice : Djazia Kerkeb
• Direction : J. Thevenin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Les conditions de fonctionnement des regenerateurs mis en Œuvre dans les turbines a gaz industrielles sont etudiees en considerant ces echangeurs rotatifs a contre-courant comme des milieux poreux microtubulaires soumis a des transferts thermoconvectifs. La modelisation des milieux poreux est basee sur le modele de darcy et sur le modele de transfert thermique entre des phases fluide et solide de differentes temperatures. La simulation numerique est realisee a partir de la methode des elements finis en utilisant un maillage de type lagrangien comportant des elements quadratiques complets. Les equations de conservation de la dynamique et de la thermique sont resolues a l'aide de variables primitives. La methode numerique est validee a partir de l'etude des ecoulements et des transferts en regime stationnaire dans les milieux poreux constitues par des empilements aleatoires de fibres dans le cas d'un equilibre thermique local entre les phases fluide et solide. La methode numerique est appliquee a l'etude des transferts thermoconvectifs en geometrie cylindrique axisymetrique et en regime non-stationnaire dans les milieux poreux microtubulaires constitues par des phases fluide et solide de differentes temperatures. La modelisation et la simulation numerique des milieux poreux microtubulaires a permis d'analyser les conditions de fonctionnement periodique d'un regenerateur en ceramique constitue par des microtubes a section triangulaire. Les conditions de rechauffement et de refroidissement du regenerateur respectivement par la fumee d'echappement et par l'air comburant ont ete etudiees pour la determination des valeurs optimales des temperatures et des temps de passage des differents fluides dans le solide. Les resultats numeriques ont permis de completer certains resultats obtenus a partir de la methode du nombre d'unites de transfert pour la determination de l'efficacite thermique du regenerateur