Ecoulements turbulents fortement anisothermes et/ou diphasiques au sein des procédés solaires

Dans le cadre de la mise au point et de l’optimisation des procédés solaires, l’approchemulti-échelles développée permet d’aller depuis des études extrêmement fines des écoulementset transferts, jusqu’à la conception des récepteurs solaires à haute température. Cette approchepart de l’application visée et la simplifie pour se concentrer sur les mécanismes physiquescaractéristiques. Les études locales très fines des mécanismes caractéristiques ont alors pourobjectif de renseigner des outils de dimensionnement. Les mécanismes caractéristiques surlesquels se concentrent ces travaux sont les interactions entre turbulence et interface ainsi quele couplage entre la dynamique et la thermique. Des niveaux d’études intermédiaires dont lataille grandit et dont la géométrie se complexifie lorsque l’on se rapproche de l’applicationfinale sont identifiés et définis. A chacune de ces études intermédiaires, on associe un niveaude description physique, une stratégie numérique et des moyens de diagnostics expérimentauxadaptés.Les configurations académiques (canal plan par exemple) sont étudiées par simulationsnumériques directes (SND). Les SND réalisées ont permis de caractériser l’effet du gradientde température sur un écoulement turbulent ainsi que les interactions entre interface et tur-bulence. En particulier, une généralisation du modèle de Kolmogorov au cas des écoulementsfortement anisothermes est proposée et un équivalent de la simulation des grandes échellespour les écoulements diphasiques est développé.Les travaux sur des écoulements complexes sont réalisés par simulations des grandeséchelles (SGE) et expérimentalement par vélocimétrie stéréoscopique par images de particules(S-PIV). Dans certains cas, ces études tiennent compte de la conduction dans la paroi. Laconfiguration du té de mélange à section rectangulaire ou circulaire a notamment été étudiéeafin d’évaluer les risques de faïençage thermique. Des SGE ont montré le fort potentiel de lacombinaison de générateur de tourbillons et de riblets pour l’intensification des transferts dechaleur. Dans cette même configuration, les statistiques de la turbulence ont été déterminéesexpérimentalement par S-PIV. La comparaison entre résultats numériques et expérimentauxconfirme le potentiel des SGE pour l’étude des écoulements complexes. Concernant les écoule-ments diphasiques, les SGE réalisées ont permis de renseigner des modèles de type RANS. Enparticulier, nous avons proposé une corrélation pour le coefficient de la force de portance etune fermeture pour le terme de transfert interfacial de l’énergie cinétique turbulente.Les écoulements réels sont caractérisés par des simulations de type RANS et par desexpériences sous flux solaire concentré dans le volume focal du concentrateur de 1MWth surle site d’Odeillo du laboratoire. Les simulations de type RANS ont servi à l’optimisation dela géométrie innovante combinant VG et riblets. Les tests sous flux solaire de la géométrieoptimisée confirment son très bon rendement énergétique. A partir de ces résultats numériqueset expérimentaux, nous proposons des corrélations pour le transfert de chaleur fluide/solide.En utilisant ces corrélations, un code de dimensionnement pour les récepteurs solaires est alorsdéveloppé