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Hybrid optical method for the characterization of a field of heliostats in a concentrated solar installation
No full textAfin de favoriser la transition énergétique et d’assurer la production d’énergie actuelle et future, la technologie des centrales solaires thermodynamiques figure parmi les plus intéressantes. La mise en place et la maintenance de tels dispositifs nécessite d’être en mesure de caractériser, de calibrer et de régler les éléments optiques permettant la collection et la concentration du flux solaire direct. Cette étude traite tout particulièrement des héliostats de centrales à tour, dont le bon fonctionnement dépend de son suivi solaire correct, de l’alignement de ces miroirs ainsi que de leur courbure. Ce manuscrit propose une étude concernant des méthodes dites de « rétro-visée » permettant de détecter les défauts de pentes de surface des héliostats. L’étude concerne tout d’abord l’optimisation numérique puis expérimentale d’une méthode utilisant quatre caméras, et dont le développement a été effectué à partir de travaux antérieurs. Le principe de cette méthode repose sur la connaissance du profil de luminance du Soleil, associé à l’observation de l’héliostat depuis quatre points de vue. L’étude porte ensuite sur le développement et l’étude de deux méthodes de rétro-visée n’utilisant qu’une seule caméra. Les principes de ces méthodes sont également basés sur la connaissance du profil de luminance solaire, mais diffèrent dans la façon de reconstruire les pentes de surface. A défaut d’observer l’héliostat depuis plus points de vue, la première des deux nouvelles méthodes utilise le mouvement naturel du Soleil pour multiplier virtuellement les points de vue, tandis que la seconde utilise la multiplication des points de mesures à la surface de l’héliostat. La seconde méthode de rétro-visée à une caméra est ensuite appliquée à des images expérimentales, réalisées durant les campagnes de mesures. Les sources d’erreur sont identifiées et les améliorations à apporter sont proposées à la fin de ce manuscrit, dans la perspective d’un développement à l’échelle industrielle.In order to promote the energy transition and ensure current and future energy production, the technology of thermodynamic solar power plants is among the most interesting. The installation and maintenance of such devices require being able to characterize, calibrate and adjust the optical elements allowing the collection and concentration of direct solar flux. This study concerns more especially the heliostats of tower power plants, whose proper functioning depends on their correct solar tracking, the alignment of these mirrors and their curvature. This manuscript proposes a study concerning so-called “backward-gazing” methods allowing the detection of surface slope defects of heliostats. First of all, the study concerns the numerical and then experimental optimization of a method using four cameras, for which the development was carried out from previous work. The principle of this method is based on knowing the brightness profile of the Sun, associated with the observation of the heliostat from four points of view. The study then turns to the development and study of two backward-gazing methods using only one camera. The principles of these methods are also based on the knowledge of the solar brightness profile, but differ in the way of reconstructing the surface slopes. Rather than observe the heliostat from multiple points of view, the first of the two new methods uses the natural movement of the Sun to virtually multiply the points of view, while the second uses the multiplication of the measurement points on the surface of the heliostat. The second backward-gazing method with one camera is then applied to experimental data, obtained during the measurement campaigns. The sources of error are identified and theimprovements to be made are proposed at the end of this manuscript, in the perspective of an industrial scale development
Backward-gazing Method for Characterizing Optical Surfaces in a Concentrated Solar Power Plant
No full textLa filière solaire thermodynamique concentrée est une des voies les plus prometteuses pour la production des énergies renouvelables du futur. L’efficacité des surfaces optiques est un des facteurs clés influant sur les performances d’une centrale. Un des défis technologiques restant à résoudre concerne le temps et les efforts nécessaires à l’ajustement et l’orientation de tous ces miroirs, ainsi que la calibration des héliostats pour assurer un suivi précis de la course du soleil et une concentration contrôlée. Le travail présenté dans ce manuscrit propose une réponse à ce problème par le développement d’une méthode de caractérisation des héliostats dite de « rétrovisée », consistant à placer quatre caméras au voisinage du récepteur pour enregistrer les répartitions de luminance occasionnées par la réflexion du soleil sur l’héliostat. La connaissance du profil de luminance solaire, combiné à ces quatre images, permet de reconstruire les pentes des erreurs optiques de l’héliostat.La première étape de l’étude de la méthode a consisté à établir les différentes équations permettant de reconstruire les pentes des surfaces optiques à partir des différents paramètres du système. Ces différents développements théoriques ont ensuite permis la réalisation de simulations numériques pour valider la méthode et définir ses possibilités et ses limites. Enfin, des tests expérimentaux ont été réalisés sur le site de la centrale Thémis. À la suite de ces expériences, des pistes d’améliorations ont été identifiées pour améliorer la précision expérimentale et envisager son déploiement industriel.Concentrated solar power is a promising way for renewable energy production. Optical efficiency of the mirrors is one of the key factors influencing a power plant performance. Methods which allow the operator to adjust all the heliostat of a plant quickly, in addition of calibration and tracking, are essential for the rise of the technology. The work presented in this thesis is the study of a “backward-gazing” method consisting in placing four cameras near the receiver simultaneously recording brightness images of the sun reflected by the heliostat. The optical errors of the mirrors are retrieved from these four images and the knowledge of the one dimension sun radiance profile.The first step of the study consists in the theoretical description of the method. Then numerical simulations are performed to estimate the general accuracy and the limits of the backward-gazing method. In a third phase, experimental tests have been fulfilled at Themis solar power plant. Finally, ideas of improvement are proposed based on the experiments performed
Radiative properties improvement of high temperature solar surfacic receiver by microstructuration
No full textLa filière solaire thermodynamique, et plus précisément la technologie des centrales à tour, est l'une des ressources d'énergies renouvelables les plus prometteuses. Le travail de thèse s’inscrit dans le cadre général de l’augmentation des rendements de centrales solaires à tour où l’augmentation de l'efficacité et de la température du récepteur joue un rôle clé. L’originalité de la thèse réside dans l’étude du rôle des sélectivités spectrale et directionnelle sur le rendement de récepteurs surfaciques à haute température. L’objectif poursuivit a été d’améliorer simultanément la géométrie, le matériau, la rugosité et la microstructuration des récepteurs surfaciques pour créer une sélectivité permettant l’augmentation des rendements. La première étape a consisté à l’élaboration d’un modèle approché d’une centrale solaire pour quantifier l’influence du rendement du récepteur sur le rendement de la centrale. Dans un second temps, un modèle de récepteur détaillé incluant la résolution précise des transferts radiatifs (grâce à la méthode Monte Carlo) a été développé pour déterminer le gain en rendement que l’on peut obtenir grâce à la sélectivité spectrale et directionnelle. Ensuite, la modification des propriétés radiatives des surfaces par des microstructures unipériodiques et bipériodiques a été étudiée dans l'objectif d'augmenter la sélectivité spectrale du récepteur. Cette étape a nécessité la résolution des équations de Maxwell par la méthode RCWA. La microstructure retenue et qui offre le meilleur potentiel possède un relief pyramidal bipériodique. L’optimisation de la période et de la hauteur de ce relief permet d’obtenir une absorptivité solaire maximale égale à 0,98.Concentrated solar power (CSP) technology is an alternative for renewable thermal energy generation and a promising source of energy. Managing the optical properties of a cavity solar receiver to create spectral and directional selectivities is a solution to improve receiver and solar power plant efficiencies in order to reduce cost. The two main steps of the development are to quantify the potential gain that may result from theoretical selectivities and then the optimization of microstructuration to increase as possible the spectral selectivity. At first, a calculation code was built in order to quantify the influence of receiver on the global solar power plant efficiency. Then a parametric study which takes into account thegeometry, the material, the roughness and the microstructure of the receiver was conducted. At last, an optimization of microstructuration with uniperiodic and biperiodic structures was studied. As a conclusion the best structure is a biperiodic pyramidal relief which offers a huge gain of absorptivity
High Temperature Volumetric Solar Absorber with Controlled Optical Properties
No full textLa production d’électricité par voie solaire apparait comme la solution la plus prometteuse pour l’avenir, tant en termes de coûts que de pollution. Cependant, afin d’atteindre le niveau de technologie requis pour envisager l’implémentation de telles centrales à grande échelle, plusieurs verrous technologiques et scientifiques sont encore à lever.Dans cette optique, les récepteurs/absorbeurs volumiques pourraient permettre d’atteindre de plus hautes températures que les récepteurs surfaciques (technologie actuellement utilisée dans les tours solaires à concentration), permettant l’usage de cycles thermodynamiques à haute rendement, tels que les cycles Brayton. Via le projet ANR-OPTISOL, la thèse présentée ici veut répondre en partie à ces problématiques par l’étude des absorbeurs solaires volumiques :- Une étude expérimentale des mousses céramiques utilisées comme absorbeur solaire volumique haute température a été menée au laboratoire CNRS-PROMES (UPR 8521). Une expérience a été conçue afin de tester des échantillons de 5cm de diamètre soumis au flux solaire concentré en conditions quasi-1D au foyer d’un four solaire à axe vertical ;- Un code de calcul des transferts thermiques couplés en milieu poreux a été développé utilisant l’hypothèse de « milieu homogène équivalent », puis validé sur les campagnes expérimentales ;- Finalement, un algorithme d’optimisation par essaim de particules a été utilisé afin de déterminer les propriétés géométriques optimales de mousses céramiques maximisant l’efficacité de conversion thermosolaire.Solar-to-electricity power plants appear to be the most promises way for large electricity production in the future, in terms of costs as well as environmental impacts. Thus, reaching the required technology level still requires research and innovations in order to implement such power plants at large scale.In this context, volumetric solar receivers/absorbers could allow us to reach higher temperatures in comparison to surface receivers (actual concentrating solar power technology used in solar towers), leading to high efficiency thermodynamical cycles such as Brayton cycles. With the ANR-OPTISOL project, this thesis tends to give new answers on volumetric solar absorbers using ceramic foams:- Experimental studies of open pores ceramic foams used as high temperature volumetric solar absorber have been conducted at CNRS-PROMES laboratory (UPR 8521), with designed of a dedicated experiment for 5cm diameter samples operating under quasi-1D conditions submitted to concentrated solar power at the focal point of a vertical axis solar furnace;- A numerical code has been developed in order to solve coupled heat transfers in porous medium using the “equivalent homogeneous medium” hypothesis, then validated on the experimental campaigns;- Finally, an optimization algorithm has been used (“particle swarm optimization”) aiming the identification of the optimal geometrical characteristics maximizing the solar-to-thermal efficiency of ceramic foams
A radiative transfer model for geometric sensitivity : physical reading of Monte-Carlo algorithms via double randomization
No full textCette thèse aborde la modélisation et la résolution numérique par Monte-Carlo d’un outil d’analyse des transferts radiatifs : la sensibilité géométrique. Le descripteur usuel de la physique des transferts radiatifs est la luminance : quel que soit le domaine applicatif (ingénierie, physique atmosphérique, astrophysique, mesures optiques, etc..) les observables radiatives s’expriment toutes comme des intégrales spatiales, angulaires et fréquentielles de la luminance. On s’intéresse ici à l’impact d’une perturbation de la géométrie sur cette luminance. La sensibilité géométrique quantifie cet impact. Elle est définie formellement comme une simple dérivée de la luminance mais nous montrons qu’elle peut aussi se penser comme un objet autonome de la physique du transfert radiatif avec ses sources propres et sa phénoménologie propagative. Notre point de départ est numérique, il s’agit par la méthode de Monte-Carlo d’estimer simultanémentune observable radiative et sa sensibilité à la géométrie. La méthode numérique de Monte-Carlo est connue pour la facilité avec laquelle la formulation intégrale sous jacente peut être explicitée et retravaillée. Les premières tentatives ont donc parié sur cette facilité en dérivant la formulation intégrale. Cependant cette approche est restée limitée à des configurations très simples car les développements formels se sont avérés impraticables. Nous proposons dans ce travail de reprendre une idée de rupture qui est d’aborder la sensibilité géométrique, non plus à travers les méthodes numériques de Monte-Carlo, mais à travers la modélisation de sa physique locale, soit de nous interroger sur sa phénoménologie. Nous cherchons donc à comprendre son évolution dans un milieux et son comportement aux frontières. Nous verrons que l’évolution de la sensibilité géométrique dans le milieu et aux frontières est identique à celle de la luminance. La conséquence immédiate de ce résultat est que nous disposons, au travers de notre culture des transferts radiatifs, d’un savoir faire très développé qui va pouvoir s’appliquer à l’identique sur la sensibilité géométrique. En revanche les sources de sensibilité géométrique sont spécifiques : elles diffèrent totalement des sources de luminance. Nous verrons qu’elles se situent spatialement uniquement sur les frontières perturbées du domaine géométrique et la majeure partie de ce travail est dédiée à leur modélisation. Nous montrons que les sources de sensibilité géométrique dépendent d’autres quantités : de la luminance et de ses gradients spatiaux et angulaires. Ces dépendances impliquent que le modèle de sensibilité géométrique est couplé à ces autres modèles. Ainsi pour résoudre le modèle de sensibilité géométrique il est nécessaire de résoudre un système de quatre équations couplées. La deuxième partie de notre proposition consiste en la résolution numérique de ce système, pour tout type de configurations radiatives, en utilisant la méthode de Monte-Carlo et la technique de double randomisation. Mathématiquement la double randomisation n’est rien d’autre qu’un emboîtement de moyenne, soit l’espérance d’une espérance qui est elle même une espérance. L’implication pratique de cette idée toute simple est par contre primordiale et ici nous verrons comment elle nous permet de créer un espace de chemins pour la sensibilité en combinant des espaces de chemins de transfert radiatif et des espaces de chemins de gradient spatial et de gradient angulaire. La combinaison des ces espaces s’effectue aux frontières du domaine et c’est la propagation d’information résultant de leur combinaison qui explique l’impact de la géométrie sur la luminance en un point et dans une direction donnée. Dans cet esprit, à travers les exemples de mise en oeuvre que nous présentons, nous essayons de dépasser la seule question du calcul de la sensibilité pour proposer une interprétation physique de cette propagation.This thesis deals with the modeling and numerical resolution by Monte-Carlo of a radiative transfer analysis tool : geometric sensitivity. The usual descriptor of radiative transfer physics is luminance : whatever the application domain (engineering, atmospheric physics, astrophysics, optical measurements, etc...) the radiative observables are all expressed as spatial, angular and frequency integrals of the luminance. We are interested here in the impact of a perturbation of the geometry on this luminance. The geometric sensitivity quantifies this impact. It is formally defined as a simple derivative of luminance but we show that it can also be thought as an autonomous object of the physics of radiative transfer with its own sources and its propagative phenomenology. Our starting point is numerical, it is a question by the Monte-Carlo method of simultaneouslyestimating a radiative observable and its sensitivity to geometry. The numerical Monte-Carlo method is known for the ease with which the integral underlying formulation can be explained and reworked. The first attempts have therefore bet on this facility by deriving the integral formulation. However, this approach remained limited to very simple configurations because formal developments proved to be impractical. In this work, we propose to take up again an idea of rupture, which is to approach the geometrical sensibility, no longer through the numerical methods of Monte-Carlo, but through the modeling of its local physics.We thus seek to understand its evolution in an environment and its behavior at the boundaries. We will see that the evolution of geometric sensitivity in the medium and at the boundaries is identical to that of luminance : its transport equation and its properties of absorption and reflection at the boundaries are the same as those of luminance. The immediate consequence of this result is that we have, through our culture of radiative transfer, a highly developed know-how that can be applied identically to geometric sensitivity. On the other hand, the sources of geometric sensitivity are specific : they are totally different from the sources of luminance. We will see that they are spatially located only on the perturbed boundaries of the geometric domain and most of this work is dedicated to their modeling. We show that the sources of geometric sensitivity depend on other quantities : luminance and its spatial and angular gradients. These dependencies imply that the geometric sensitivity model is coupled tothese other models. Thus to solve the geometric sensitivity model it is necessary to solve a system of four coupled equations. The second part of our proposal consists in the numerical resolution of this system, for any type of radiative configuration, using the Monte-Carlo method and the double randomization technique. Mathematically the double randomization is nothing more than a nesting of means, that is to say the expectation of an expectation which itself is an expectation. The practical implication of this very simple idea is on the other hand primordial and here we will see how it allows us to create a space of paths for sensibility by combining spaces of path of radiative transfer and spaces of path of spatial gradient and angular gradient. The combination of these spaces takes place at the boundaries of the domain and it is the propagation of information resulting from their combination that explains the impact of geometry on luminance at a given point and in a given direction. In this spirit, through the examples of implementation that we present, we try to go beyond the sole question of calculating sensitivity to propose a physical interpretation of this propagation
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Modélisation et simulation de l'émission énergétique et spectrale d'un jet réactif composé de gaz et de particules à haute température issus de la combustion d'un objet pyrotechnique
No full textThèse CIFREThe works realized during the thesis join a scientific problem connected to the study of radiative transfer. More particularly, the application of this study is the infrared remote sensing of a two-phase reactive turbulent flow at high temperature. This study has for objective the modelling and the simulation of the infrared intensity emitted by this jet and received by a detector. To develop a software dedicated to the simulation of the infrared signature of a jet containing gases and particles at high temperature, the major species involved were identified during experiments. Knowing the nature of gases (H2O-CO2-CO) and particles (oxidised metal), the calculation of their radiative properties must be realized. This stage is necessary because these properties characterize the infrared emission by the jet and they have to be known to resolve the radiative transfer equation. For gases, a line-by-line code was developed to compute synthetic spectra. Furthermore, to decrease the time of calculation of an infrared signature, it's better to use spectral models of narrow bands. The model of infrared remote sensing is the correlated-k model with the single mixture gas assumption used with the fictitious gases idea. The parameters of this model (CKFG-SMG) were tabulated and validated in the study. As regards, the radiative properties of the spherical particles clouds were computed with the Mie theory that is valid for the range of volume fraction considered in our study. To test the influence of scattering, a sensitivity study to the volume fraction and the refractive index was done which allows us to neglect scattering processes in the development of radiative transfer software designed to compute infrared signature within the framework of our study. Infrared signature modelling of the hot jet requires the knowledge of temperatures and concentrations of gases and particles, at each position in the jet. This two-phase reactive and turbulent flow was simulated with the commercial Fluent software. Furthermore, a graphic interface was developed which simulate the optronic scene by means of aerothermochemical profiles of the jet and datas concerning the position of the detector. In this way, a software of infrared signature computation ( SIRJET) was developed which includes a model of radiative transfer (ray tracing) as well as tabulated parameters (gases and particles) of various spectral model used in infrared remote sensing (CK, CKFG, CK-SMG, CKFG-SMG). Finally, a confrontation is presented between a measure and a simulated infrared signature of a hot jet.Les travaux réalisés durant la thèse s'inscrivent dans une problématique scientifique liée à l'étude des transferts radiatifs. Plus particulièrement, l'application de cette étude est la télédétection infrarouge d'un écoulement diphasique réactif et turbulent à haute température. Cette étude a pour objectif la modélisation et la simulation du rayonnement infrarouge émis par cet écoulement et re¸cu par un détecteur. Pour développer un outil de simulation numérique de la signature infrarouge d'un jet de gaz et de particules à haute température, les espèces majoritaires qui sont responsables de l'émission du rayonnement ont été identifiées lors d'expérimentations. Les campagnes expérimentales ont permis la construction de bases de données concernant les gaz (CO2-CO-H2O) et les particules (oxydes métalliques) présents dans le jet. Connaissant la nature des gaz et des particules, le calcul de leurs propriétés radiatives doit être réalisé. Cette étape est nécessaire puisque ces propriétés caractérisent l'émission de rayonnement par le jet et elles doivent être connues pour résoudre l'équation de transfert radiatif. Pour les gaz, un code de calcul raie par raie de spectres synthétiques a été développé. De plus, pour diminuer le temps de calcul d'une signature infrarouge, il est préférable d'utiliser des modèles spectraux de bandes étroites. Le modèle de télédétection infrarouge est un modèle spectral utilisant des k(coefficient d'absorption)-distributions sous l'hypothèse des k-corrélés avec l'approximation d'un gaz unique pour le mélange associée à l'hypothèse des gaz fictifs. Les paramètres de ce modèle (CKFG-SMG), ont été tabulés et validés dans l'étude. En ce qui concerne les propriétés radiatives des nuages de particules sphériques, le modèle de Mie est utilisé car il est valable pour les gammes de fractions volumiques rencontrées. Pour tester l'influence de la diffusion, une étude de sensibilité à la diffusion a été réalisée. En effet, nous avons quantifié l'erreur commise sur le flux émis par différentes couches si les processus de diffusion du rayonnement sont négligés. Cette étude a montré que l'influence de la diffusion peut être négligée dans le cadre de notre étude. La modélisation de la signature infrarouge du jet diphasique réactif issu de la combustion du matériau pyrotechnique, nécessite la connaissance des températures et des concentrations en gaz et particules, en tous les points du jet. Ce jet diphasique réactif a été simulé à l'aide du logiciel Fluent. De plus, une interface graphique a été développée qui recrée la scène optronique en se servant des profils aérothermochimiques du jet diphasique et des données concernant la position du détecteur. De cette fa¸con, un outil de simulation numérique de la signature infrarouge du jet (SIRJET) a été développé qui inclue un modèle de transfert radiatif (lancer de rayon) ainsi que les paramètres tabulés (gaz et particules) du modèle spectral de télédétection infrarouge (CK, CKFG, CK-SMG, CKFG-SMG). Enfin, une confrontation est présentée entre une mesure et le résultat d'une simulation de la signature infrarouge d'un jet diphasique à haute température
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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