Course info

Comment utiliser les fluides (liquide, gaz et leurs mélanges) pour transformer et stocker de l'énergie?

À l'exception des cellules photovoltaïques, toutes les sources de production d'électricité reposent sur la manipulation d'un fluide : celle-ci est également au cœur des moteurs thermiques, des climatisations/pompes à chaleur, et de nombreux systèmes de stockage d'énergie. L'objet de ce cours est de comprendre et décrire ces systèmes en adoptant la démarche suivante :

1) établir les équations de conservation (de masse, d'énergie...) vérifiées par les fluides;

2) identifier les processus physiques intervenant dans ces équations, comme la turbulence ou le changement de phase;

3) prédire ces phénomènes à partir de considérations théoriques et d'observations expérimentales;

4) appliquer les résultats obtenus à la conception de ces systèmes, mais aussi à la prédiction de leur comportement en cas d'accident (fuite, coupure de courant...).

L’ensemble de ces notions sera principalement illustré dans le cas de l’énergie nucléaire, par la variété d’exemples qu’elle fournit, et parce qu'elle s'est penchée très tôt sur l'utilisation de fluides exotiques (eau ou gaz pressurisés, métaux liquides) et sur l'analyse d'accidents.

Nous appliquerons cette démarche tout d'abord aux fluides monophasiques (liquide ou gaz seul), puis aux mélanges diphasiques liquide/vapeur. Les outils auxquels nous aboutirons ont une vaste gamme d'applications,  depuis la compréhension physique de phénomènes élémentaires ou la première esquisse d'un système à l'aide de quelques formules Excel, jusqu’à la conception d’expérimentations avancées ou les simulations numériques HPC ("High Performance Computing") sur plusieurs millions de processeurs.

 

Langue du cours : français

Crédits ECTS : 4

Mise à jour : 14 avril 2020

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How can fluids (liquid, gas and their mixtures) be used to produce and store energy?

 

Except for solar PV cells, all current electricity sources rely on manipulating a fluid: such processes are also at the heart of  thermal engines, AC/heat pumps, as well as many energy storage systems. The aim of this course is to understand and describe these systems by applying the following steps :

 

1) Establish the conservation equations (of mass, energy…) these fluids follow;

 

2) Identify the physical processes relevant to these equations, such as turbulence or phase change;

 

3) Predict these phenomena from theoretical considerations and experimental observations;

 

4) Apply the results of these steps to the design of fluid systems, but also to predicting their behavior in case of an accident (such as a leak or a loss of electrical power).

 

These notions will mainly be illustrated in the case of nuclear energy : it is a source of many examples and as it pioneered the use of exotic fluids (high-pressure liquid or gas, molten metals) and the analysis of accidents.

 

We will apply the steps above first to single-phase fluids (liquid or gas), then to two-phase liquid/steam mixtures. The resulting methods can be applied to a wide range of applications, from the first understanding of physical phenomena and and initial sketch of a new system with a few Excel formula to the design of advanced experiments and to advanced HPC (“High Performance Computing”) simulations on millions of CPU cores.

 

Course language : French

ECTS credits : 4

Mise à jour : 14 avril 2020