Modélisation d’une détente quasi-isotherme d’un gaz par contact direct avec un fluide caloporteur

Les besoins en électricité sont croissants, cependant, les rejets thermiques industriels sont peu valorisés. La reconsidération des moteurs à apport de chaleur externe est un enjeu d’actualité pour la valorisation des rejets thermiques. Dans ces derniers, la phase de détente motrice offre des possibilités d’amélioration. L’idée ici est d’accompagner cette étape par un apport de chaleur par contact direct avec un fluide caloporteur. En effet, la détente d’un gaz entre une haute et une basse pression peut se faire de manière quasi-isotherme si on apporte au gaz de la chaleur pendant sa détente. S’approcher d’une détente isotherme permet d’augmenter l’efficacité de celle-ci. On modélise ici la détente d’un gaz compressible en contact direct avec un liquide chaud incompressible dans une conduite circulaire. Durant cette étape, le gaz transmet de la quantité de mouvement à la phase liquide. On supposera que la phase liquide est dispersée sous forme de gouttelettes dans la phase gazeuse et que l’écoulement est unidirectionnel et stationnaire. Le cas limite où le gaz s’écoulerait seul dans une conduite est également modélisé. Dans cette seconde configuration, le chauffage du gaz par le liquide se fait au travers d’une paroi. La comparaison de ces deux configurations permet d’évaluer la qualité du transfert thermique lors d’un échange de chaleur par contact direct, de quantifier la quantité de mouvement cédée au liquide par le gaz et de cibler les mécanismes dissipatifs dans les deux types d’écoulement.