Couplage d'écoulement fluide, de transfert de masse et de chaleur avec des processus thermo-mécaniques : application aux piles à combustible Oxyde Solide fissurées (SOFC)
Langue Anglais
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Auteur : Shao, Qian
Date de soutenance : 24-03-2015

Directeur(s) de thèse : Younes, Anis - Makradi, Ahmed

Président : Ackerer, Philippe
Rapporteur(s) : Zahrouni, Hamid - Quintard, Michel
Membre(s) du jury : Ackerer, Philippe - Bouhala, Lyazid

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Laboratoire d'hydrologie et de géochimie de Strasbourg (1997-2020)
École doctorale : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
 
Discipline : Mécanique, génie mécanique, génie civil
Classification : Physique, Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Milieu poreux, Darcy-Brinkman, Piles à combustible à oxyde solide, Méthode des éléments finis, Matériaux multicouches poreux/dense, Croissance des fissures, Transfert de chaleur
Mots-clés :
  • Piles à combustible à oxyde solide
  • Conversion énergétique
  • Matériaux -- Fissuration
  • Éléments finis, Méthode des
  • Transfert de chaleur
  • Écoulement en milieux poreux
  • Fluides magnétiques -- Propriétés thermomécaniques
Résumé : Au cours des dernières décennies, les piles à combustible à oxyde solide sont devenues un dispositif prometteur de conversion d’énergie. Ceci est dû principalement à leur efficacité de conversion d’énergie, leur flexibilité du choix du carburant et leurs faibles émissions de polluants. Cependant, la température de fonctionnement élevée de cette variante de piles à combustible induit divers problèmes d’endommagement et de fissuration. Par conséquent, l’optimisation de leur durée de vie reste un problème à résoudre. Dans cette thèse, une approche numérique combinant la méthode des éléments finis (FEM) et la méthode des éléments finis étendus (XFEM) est développée. Le but est de modéliser le problème multi-physique comportant: l’écoulement du fluide, le transfert de la chaleur, le transfert de masse, les réactions électrochimiques et thermomécanique dans une unité de pile à combustible. Dans un premier temps, pour prédire la distribution de la température et des espèces dans le milieu poreux des électrodes, un modèle de Darcy-Brinkman (DB) couplant l’écoulement du gaz, le transfert de chaleur et le transport de masse est développé. Ensuite, la méthode XFEM est introduite pour modéliser la présence des fissures dans les électrodes. Le modèle DB-XFEM combiné est utilisé par la suite pour étudier l’effet de l’écoulement du fluide, le transfert de chaleur et des propriétés thermomécaniques du matériau sur la nucléation et la propagation des fissures. Enfin, un modèle électrochimique (EC) est développé et combiné avec le modèle DB pour étudier les performances de conversion d’énergie dans la cellule de la pile à combustible.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2015STRAH008
Type de ressource : Thèse