Le Générateur de Vapeur est un des composants majeurs des unités de production d’électricité permettant la propulsion des navires de Naval Group. Les phénomènes physiques mis en jeux dans ces échangeurs sont complexes à simuler en raison de la variété des topologies d’écoulement et des régimes de transfert thermique présents. Cette thèse s’emploie à développer un programme adapté à la modélisation des différents GV de Naval Group. La méthodologie mise en place propose un couplage entre un code 1D et un calcul CFD reposant sur l’approche des milieux équivalents. La modélisation des écoulements monophasiques au sein des échangeurs est abordée dans un premier temps avant de présenter la modélisation des écoulements diphasiques. L’intérêt de la méthode est mis en évidence par sa validation sur des appareils testés expérimentalement et en la confrontant avec d’autres approches numériques existantes. Les travaux proposent des solutions afin de modéliser des GV en serpentin et permettent d’envisager la simulation de géométries plus complexes. Le calcul des efforts hydrauliques et des échanges d’énergies entre le liquide, la vapeur et la paroi est détaillée. Par sa structure, le modèle tend à répondre à l’ensemble des configurations de GV envisageables. Différentes manières d’alimenter le modèle sont proposées en remplacement des corrélations empiriques existantes et permettent d’envisager de nouvelles solutions plus adaptées. / The steam generator is one of the major components of the power generation unit for the propulsion of Naval Group ships. The physical phenomena involved in these heat exchangers are complex to simulate because of the variety of flow patterns and heat transfer regimes. This thesis aims to develop a program adapted to the modeling of Naval Group’s steam generators. The developed methodology proposes a coupling between a 1D-code and CFD calculation based on the porous media approach. The modeling of monophasic flows within heat exchangers is first discussed before presenting that of two-phase flows. The method’s interest is highlighted by its validation on experimental test cases and by comparing it to other existing numerical approaches. The work brings solutions to model helically coiled steam generator and allow to consider the simulation of more complex geometries. The calculation of the hydraulic forces and energy exchanges between the liquid, the vapor and the tube’s wall is detailed. By its structure, the model tends to be able to represent all possible configurations of steam generators. Different ways of feeding this model are proposed to replace the existing empirical laws and make it possible to envisage new and more adapted solutions.

Dans un contexte international de transition énergétique, l’amélioration des systèmes de production d’électricité est un élément clé. Ainsi, l’optimisation de ces systèmes, ou des composants les constituant, vise à maximiser leur efficacité, afin de convertir au mieux une source d’énergie en électricité. C’est notamment le cas des cycles de Rankine, qui font l’objet de nombreuses études pour en améliorer le rendement. La présente étude se focalise sur un composant de ce cycle vapeur : le condenseur, chargé de condenser la vapeur en sortie de turbine. Un modèle numérique est développé afin de caractériser les performances thermiques et hydrauliques de cet échangeur de chaleur. Il fait appel à une technique d’homogénéisation locale, l’approche par milieux équivalents, pour estimer les transferts thermiques, dans le cas d’un échangeur de type tubes-calandre. Pour ce faire, chacun des éléments constitutifs de ce modèle est présenté en détails, puis validé. Les principales innovations de ce modèle sont sa précision accrue, car il est capable de renseigner les performances de chaque tube, et la combinaison de corrélations utilisées, dont le choix est appuyé par une étude bibliographique. Avec le niveau de précision proposé, le modèle permet finalement d’améliorer les performances locales de l’échangeur. / Within a worldwide energy transition, the enhancement of electricity production systems plays a keyrole. Thus, the optimisation of these systems, or their constitutive components, aims at improving their efficiency, in order to better convert a energy source into electricity. In particular, it covers Rankine cycles, that numerous studies deal with, focusing on improving their performance rating. The current study is only about a single component of this steam cycle : the condenser, which is charged of condensing steam at the ouput of the turbine. A numerical modelling of the condenser has been carried out, in order to characterize its thermal and hydraulic performances. It involves an homogenization method, the porous media approach, to asses the thermal transfer, in the case of a shell-and-tube heat exchanger. To do so, each constitutive component of this model is described and validated. The main innovative aspects of this model are its increased precision, since it can give information about each tube’s performance, and the correlations’ combination, which choice is based upon a bibliographic study. With the reached precision, the model enable the user to improve the local performances of the heat exchanger.

Les contextes énergétiques et environnementaux imposeront durablement au secteur industriel la poursuite des efforts en matière d'efficacité énergétique. La récupération de chaleur fatale sur des rejets et effluents industriels à basse température avec des pompes à chaleur industrielles représente un potentiel d'amélioration significatif de l'efficacité énergétique de ce secteur. Un simulateur expérimental de l'intégration d'un système de récupération thermique à pompe à chaleur dans les procédés industriels agroalimentaires a été conçu et construit. Le banc d'essais constitue un générateur de courbes composites et son but est de démontrer le principe du pompage de la chaleur dans l'industrie tout en respectant les lois de la méthode du pincement. Un ensemble de scénarios industriels correspondant à des températures procédés et rejets variées a été testé sur le simulateur. L'analyse des résultats selon les premier et deuxième principes de la thermodynamique montre que l'amélioration de la performance de la pompe à chaleur est un défi pour augmenter son efficacité et sa rentabilité. Un modèle numérique des évaporateurs tubes-calandre en épingle de configuration générique est développé et validé expérimentalement. Une nouvelle méthode ayant un niveau de complexité intermédiaire est élaborée pour modéliser ces évaporateurs : discrétisation en volumes finis utilisant le langage Modelica. Ce niveau de détail est indispensable pour simuler son fonctionnement avec les mélanges de fluides zéotropes. Enfin, un modèle complet de pompe à chaleur industrielles liquide/liquide est développé intégrant le modèle de l'évaporateur. Des simulations numériques dans un scénario industriel typique avec des mélanges de fluides et des configurations originales et modifiées des échangeurs tubes-calandres ont été effectuées. Les résultats montrent qu'il est possible d'améliorer significativement les performances à condition d'utiliser les mélanges zéotropes avec des condenseurs et évaporateurs tubes-calandres à configuration contre- courants.