Thèse soutenue

Récepteur solaire tubulaire à suspension dense de particules en écoulement ascendant
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Auteur / Autrice : Hadrien Benoit
Direction : Gilles FlamantRenaud Ansart
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
Date : Soutenance le 16/12/2015
Etablissement(s) : Perpignan
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) - Procédés- Matériaux et Energie Solaire / PROMES
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Flamant, Renaud Ansart, Robert Pitz-Paal, Manuel Romero, Olivier Pouliquen, Jan Baeyens, Mehrdji Hemati, Daniel Jean-Marie Gauthier
Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Pitz-Paal, Manuel Romero

Résumé

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Cette thèse, financée dans le cadre du projet européen CSP2, porte sur l'étude d'un nouveau type de récepteur solaire thermique à concentration utilisant comme fluide caloporteur une suspension dense de fines particules en circulation ascendante dans des tubes verticaux. Ladite suspension est obtenue par fluidisation de particules de classe A. Le principe consiste à créer un écoulement ascendant de la suspension dans un tube vertical exposé au rayonnement solaire concentré qui chauffe la paroi du tube, qui transmet ensuite cette chaleur aux particules, qui la transportent jusqu'à un cycle de conversion d'énergie pour la production d'électricité. Au contraire des fluides solaires classiques, les particules peuvent atteindre les hautes températures (> 700 °C) permettant l'utilisation de cycles à haut rendement de conversion (Brayton, cycles combinés), tout en permettant un stockage direct de la pour une production continue. Au cours de la thèse, un récepteur à un tube a été testé avec succès au grand four solaire du laboratoire PROMES-CNRS à Odeillo, les particules en sortie atteignant 750 °C, ce qui a prouvé la faisabilité du concept et permis la détermination des premières valeurs de coefficient d'échange de chaleur tube-suspension. L'hydrodynamique de l'écoulement et les mécanismes d'échange de chaleur ont été observés grâce à des simulations numériques 3D. Un récepteur de 150 kWth à 16 tubes a ensuite été testé et modélisé, validant l'utilisation du procédé à plus grande échelle.