| Titre : | Contribution à l’étude de transfert de chaleur d’un capteur solaire placé dans un climat aride : cas de la région de Biskra. |
| Auteurs : | Farés Aissaoui, Auteur ; Abdelhafid Brima, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | capteur solaire,chicanes,coefficient d’échange convectif local,température,modélisation,simulation. |
| Résumé : |
RESUME :
Ce travail de thèse, axé sur les énergies renouvelables, a pour finalité de quantifier l’échange thermique par le biais d’une étude expérimentale accompagnée d’une modélisation mathématique en régime stationnaire et transitoire des différents types des capteurs solaire plan à air simple et double passe avec et sans chicanes. Les équations des bilans énergétiques ont été établies sur les différents composants des insolateurs (vitre, absorbeur, fluide caloporteur et la plaque inférieure). Les systèmes d’équations ont été résolu par la méthode des différences finies pour calculer les températures au niveau de chaque élément des capteurs. Une partie de notre travail est consacrée à l'estimation des coefficients d’échanges convectifs locaux en se basant sur les mesures expérimentales des températures. En outre, une évaluation détaillée du rendement thermique et une étude paramétrique des capteurs solaires à air avec des rugosités artificielles ont été faites. La simulation numérique a été vérifiée par une analyse expérimentale de la performance thermique d’un panneau solaire placé dans le site de Biskra, et on a constaté un bon accord qualitatif et quantitatif entre les résultats expérimentaux et numériques. Mots clés : capteur solaire, chicanes, coefficient d’échange convectif local, température, modélisation, simulation. ABSTRACT : This thesis, focused on renewable energy, to quantify the heat exchange through an experimental study accompanied by a mathematical modeling in steady and unsteady state of the different types of solar air heaters with and without baffles, single and double pass . The energy balance equations were established on the different components of collector (glass, absorber, fluid and bottom plate). The system of equations is solved by the method of finite differences to calculate the temperatures in each element of collector. Experimental temperature measurements allowed us to estimate the local heat transfer coefficients. In addition, detailed evaluation of thermal efficiency and a parametric study of solar air heater with artificial roughness were made. The numerical simulation is validated by an experimental analysis of the thermal performance of a solar air panel placed in Biskra city, and a good qualitative and quantitative agreement was found between experimental and numerical results. Keywords: solar air collector, baffles, local convective exchange coefficient, temperature, modeling |
| Sommaire : |
Dédicaces ............................................................................................................. I
2. Remerciements .................................................................................................... II 3. Table des matières .............................................................................................III 4. Liste des figures................................................................................................ VII 5. Liste des tableaux ...............................................................................................XI 6. Nomenclature ................................................................................................... XII 7. Résumé............................................................................................................XIV ................................................................................................................. XVملخص .8 9. Abstract ...........................................................................................................XVI Introduction générale 1. Contexte de l’étude....................................................................................................1 2. Position de problème .................................................................................................1 3. Motivations et objectifs .............................................................................................1 4. Méthodologie de recherche........................................................................................2 5. Plan de rédaction .......................................................................................................3 Chapitre I : Technologie de la conversion thermique de l’énergie solaire 1. Introduction ..........................................................................................................6 2. Gisement Solaire...................................................................................................6 2.1. L’énergie solaire ............................................................................................6 2.1.1. Origine ......................................................................................................7 2.1.2. Caractères particuliers ...............................................................................7 2.1.3. Captation...................................................................................................7 2.2. Mouvement de la terre ...................................................................................9 2.3. Calcul de la position du soleil ........................................................................9 2.3.1. Les paramètres de positions .......................................................................9 2.3.1.1 Les coordonnées géographiques...........................................................9 2.3.1.2 Les coordonnées célestes horaires ......................................................10 I.2.3.1.3 Coordonnées célestes horizontales .....................................................11 2.3.2. Les paramètres de temps..........................................................................12 2.4. Rayonnement solaire....................................................................................13 2.4.1. Rayonnement solaire hors l’atmosphère...................................................14 2.4.2. Rayonnement solaire reçu au niveau du sol..............................................15 2.5. Angle d'incidence du rayonnement solaire sur un plan quelconque(θ) ..........16 2.6. Angle d'inclinaison d'un capteur...................................................................17 2.7. Gisement solaire en Algérie .........................................................................17 2.8. Estimation du rayonnement solaire ..............................................................18 2.8.1. Modèle de PERRIN DE BRICHAMBAUT (plan horizontal)...................18 2.8.2. Modèle de LIU et JORDAN (plan incliné)...............................................20 3. Conversion de l’énergie solaire ...........................................................................21 Table des matières IV 3.1. Les composantes d’un système de conversion thermique .............................21 3.2. Energie solaire passive et active...................................................................21 3.3. Capteurs solaire à air....................................................................................23 3.3.1. Description et fonctionnement du capteur solaire à air .............................23 3.3.2. Avantages et inconvénients......................................................................24 3.3.3. Applications des capteurs solaires plans à air ...........................................25 3.3.3.1 Chauffages et climatisation des habitations ........................................25 3.3.3.2 Séchage .............................................................................................25 3.3.3.3 Production de l’énergie mécanique ...................................................26 3.3.4. Différents types des capteurs solaires à air ...............................................27 3.3.4.1 Les capteurs à absorbeur perméable ...................................................27 3.3.4.2 Capteur à absorbeur à géométrie variable...........................................27 3.3.4.3 Capteur solaire à absorbeur plan ........................................................28 4. Conclusion..........................................................................................................28 5. Références bibliographiques ...............................................................................29 Chapitre II : Analyse bibliographique 1. Introduction ........................................................................................................31 2. Recherches Réalisées sur les capteurs solaires à une seule passe .........................31 3. Recherches Réalisées sur les capteurs solaires à doubles passe..........................39 4. Recherches réalisées sur les méthodes de détermination du coefficient d’échange convectif .............................................................................................................44 5. Conclusion..........................................................................................................48 6. References bibliographiques ...............................................................................50 Chapitre III : Modélisation mathématique et simulation numérique 1. Introduction ........................................................................................................55 2. Modélisation de l’insolateur................................................................................55 2.1. Modalisation mathématique des différents types des panneaux en régime stationnaire (permanant)..........................................................................................56 2.1.1. Capteur solaire à air avec et sans vitre et sans chicane.................................56 2.1.1.1 Méthode de résolution........................................................................57 2.1.2. Capteur solaire avec chicanes rectangulaires placées sur la plaque inférieure58 2.1.3. Capteur solaire avec chicane rectangulaire placé sur l’absorbeur .................60 2.1.4. Capteur solaire à air avec des ailettes et des chicanes fixées sur la plaque absorbante ............................................................................................................61 2.1.5. Modélisation du capteur solaire double passe :............................................63 2.2. Modalisation mathématique des différents types des panneaux en régime transitoire................................................................................................................64 2.2.1. Capteur solaire à air avec et sans vitre.........................................................64 2.2.1.1 Méthode de solution...........................................................................65 3. Modélisation des coefficients d’échange thermique.............................................66 3.1. Transfert radiatif ...............................................................................................66 3.2. Transfert convectif............................................................................................67 Table des matières V 3.2.1. Transfert convectif dû au vent .....................................................................68 3.2.2. Transferts convectifs dans le capteur ...........................................................68 4. Les pertes thermiques .........................................................................................70 4.1. Pertes à l’arrière................................................................................................70 4.2. Pertes à l’avant .................................................................................................70 5. Rendement thermique et l’énergie utile (récupérée par le fluide caloporteur).......70 6. Puissance absorbée .............................................................................................71 7. Coefficient d’échange convectif local : ..............................................................71 7.1. Model proposé par Moummi et al. [18] .............................................................71 7.2. Model proposé par Aissaoui et al [19]...............................................................72 8. Programme de calcul...........................................................................................72 8.1. Organigramme simplifié du programme principal d’un capteur simple passe (régime stationnaire) ...............................................................................................73 8.2. Organigramme simplifié du programme principal d’un capteur à double passe (régime stationnaire) : .............................................................................................74 8.3 Organigramme simplifié du programme principal d’un capteur simple passe (régime stationnaire ................................................................................................75 9. Conclusion..........................................................................................................76 10. References bibliographiques ...............................................................................77 Chapitre IV : Etude expérimentale 1. Introduction.............................................................................................................80 2. Dispositif expérimental et expérimentation ..............................................................80 3. Description générale et caractéristiques techniques ..................................................81 4. Présentation de différentes configurations étudiées ..................................................82 5. Instrumentation........................................................................................................84 5.1. Mesure du rayonnement solaire:...................................................................84 5.2. Mesures du débit: .........................................................................................84 5.3. Mesure des températures ..............................................................................85 6. Conclusion ..............................................................................................................86 Chapitre V : Résultats et discussions 1. Introduction.............................................................................................................88 2. Validation des résultats............................................................................................88 2.1. Régime stationnaire ..........................................................................................88 2.1.1 Validation avec la littérature.....................................................................88 2.1.2 Validation avec l’expérimentation ............................................................93 2.2. Régime transitoire.............................................................................................99 2.2.1 Validation des résultats avec la littérature.................................................99 2.2.2 Validation des résultats avec l’expérimentation ........................................99 3. Etude paramétrique................................................................................................100 3.1. Capteur solaire à air sans chicanes ..................................................................100 3.2. Capteur solaire avec chicanes rectangulaire placées sur la plaque inférieure....103 3.3. Capteur solaire à air avec des ailettes et des chicanes fixées sur la plaque absorbante.............................................................................................................106 Table des matières VI 3.4. Capteur solaire à air à double passe.................................................................110 4. Application du panneau solaire à air au séchage....................................................112 5. Résultats expérimentaux ........................................................................................113 5.1. Capteur solaire sans chicanes ..........................................................................114 5.2. Capteur solaire avec chicane rectangulaire place sur plaque inférieure ............115 5.3. Capteur solaire à air à double passe.................................................................116 5.4. Comparaisons entre les configurations ............................................................117 6. Conclusion ............................................................................................................119 7. Références.............................................................................................................120 Conclusions et perspectives 1. Conclusion générale ..............................................................................................121 2. Principales contributions à la recherche et au développement.................................122 3. Perspectives...........................................................................................................123 Annexe |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0786 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin |
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