Le stockage de l’énergie, enjeu majeur dans la transition énergétique, peut se faire sous différentes formes.
Pour le stockage de chaleur, une des solutions développées à IFPEN est basée sur un lit fixe de particules. Le fluide caloporteur s’écoule à travers ce lit pour stocker ou récupérer la chaleur dans les particules par transfert thermique(1).
Du fait de la complexité de ces systèmes de stockage (grand nombre de particules et non-linéarité des régimes étudiés), l’utilisation du calcul numérique se révèle indispensable à leur dimensionnement. Pour ce faire, un grand nombre de calculs a été réalisé pour évaluer l’impact de la variabilité des différents paramètres (matériau, taille et forme des particules, type de fluides) sur les performances globales du dispositif.
Ce travail a mis en exergue deux résultats fondamentaux :
- les transferts thermiques au sein du lit varient localement de manière non négligeable (figure). Aussi, les approches classiques, intégrant un transfert moyen dans le lit, doivent-elles être enrichies pour tenir compte de ces fluctuations locales ;
- la définition de la température de référence du fluide, nécessaire à l’évaluation des transferts thermiques fluide-particules, n’est pas triviale du fait de l’existence d’une distribution de température dans le lit. Les simulations ont toutefois confirmé sa pertinence lorsqu’elle est prise « à l’infini », c’est-à-dire loin de l’emplacement du lit où ce calcul est effectué.
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Les perspectives de ces travaux sont multiples : en particulier, le développement de lois de transferts thermiques, prenant en compte les effets des hétérogénéités locales, permettrait de faire un bond considérable dans le dimensionnement des lits industriels.
(a) - Nombre adimensionnel qui traduit l’intensité de l’échange de chaleur.
(1) M. Bélot, T. Phan, F. Euzénat, J-L. Pierson, D. Teixeira G. Vinay, Q. Falcoz, A. Toutant, A. Wachs. Turbulence, Heat and Mass Transfer 9. Brésil, 2018.
Contacts scientifiques : jean-lou.pierson@ifpen.fr - Guillaume Vinay