| Titre : | Etude théorique et expérimentale de l’exploitation de la géothermie dans le réchauffement ou le refroidissement d’un fluide caloporteur utilisé pour le confort thermique de l’habitat |
| Auteurs : | Yousef Belloufi, Auteur ; Abdelhafid Brima, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Année de publication : | 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Etude Expérimentale,Géothermie,Facteur de détérioration,Echangeur Air Sol,Etude Numérique |
| Résumé : |
RESUME :
L’étude que nous présentons dans cette thèse concerne le refroidissement ou le réchauffement de l’air par l’exploitation d’un échangeur géothermique air sol. L’objectif principal réside en la détermination du profil de température unidirectionnel dans le sol, ensuite à l’intérieur de l’échangeur air sol, en utilisant l’équation de la chaleur et le principe des bilans énergétiques respectivement. Un modèle analytique est proposé en régime stationnaire pour évaluer la température de l’air le long du tube enterré. Ensuite, dans ce sens, un modèle numérique en régime transitoire est développé en appliquant la méthode des différences finies implicite. Afin de présenter une étude assez complète sur ce genre des échangeurs air sol, les deux tronçons verticaux d’entrée et de sortie qui sont reliés au tronçon principal horizontal ont été considérés dans la modélisation et la simulation numérique. Lors des problèmes d’accumulation de la chaleur dans le sol aux environs du tube enterré, un évaporateur est intégré juste à la fin de l’échangeur air sol permettant à l’air en écoulement de réduire sa température plus en plus par contact direct avec les gouttelettes d’eau. Enfin, une étude expérimentale est effectuée dans le site de l’Université de Biskra durant la période de refroidissement pour valider les modèles analytique et numérique développés. Un bon accord qualitatif et quantitatif a été remarqué lors de la validation entre les résultats expérimentaux et théoriques. ABSTRACT : The study that we present in this thesis concerns the cooling or heating of air by the exploitation of a geothermal earth air heat exchanger. The main objective resides to determine the unidirectional temperature contour in the soil. Then, inside the earth air heat exchanger, using the heat equation and the principle of energy balances respectively. An analytical model is proposed in steady state to determine the air temperature along the buried tube. Thus, in this way, a numerical model in transient conditions is developed by applying the implicit finite difference method. In order to present a fairly complete study on this type of earth air heat exchangers, two vertical portions of inlet and outlet that are attached to the horizontal main portion were considered in modeling and numerical simulation. Because of, the problems of heat accumulation in the adjacent soil of buried tube is occurred, an evaporator is integrated just at the end of the earth air heat exchanger allowing to the flowing air to reduce its temperature more and more by direct contact with the water droplets. Finally, an experimental study is carried out at the Biskra University site during the cooling period to validate the developed analytical and numerical models. A good qualitative and quantitative agreement was observed between the experimental and theoretical results. |
| Sommaire : |
Dédicace I
Remerciements II Table des matières III Liste des figures VI Liste des tableaux IX Nomenclature X Résumé XI Abstract XII XIIملخص Introduction générale 1 Chapitre 1. Généralités sur le refroidissement et réchauffement passif 1 Introduction 5 2 Refroidissement passif 5 2.1 Ventilation 5 2.2 Refroidissement par évaporation 5 2.3 Refroidissement par la géothermie 7 2.4 Refroidissement par les échangeurs air sol 8 2.4.1 Caractéristiques techniques d’un échangeur air sol 11 3 Réchauffement passif 13 3.1 Mur Trombe 13 3.2 Cheminée solaire 14 3.3 Toiture solaire 15 4 Conclusion 17 Chapitre 2. Synthèse bibliographique 1 Introduction 19 IV 2 Synthèse bibliographique 19 3 Conclusion 32 Chapitre 3. Modélisation mathématique et simulation numérique 1 Introduction 34 2 Modèle thermique du sol 34 2.1 Description et hypothèses 34 2.2 Modélisation stationnaire de la température du sol 35 2.2.1 Température à la surface du sol variable 35 2.3 Modélisation transitoire de la température du sol 37 2.3.1 Température à la surface du sol variable 37 2.3.2 Température à la surface du sol constante 40 3 Modèle thermique de l’échangeur air sol 42 3.1 Description du système 42 3.2 Hypothèses simplificatrices 42 3.3 Modélisation stationnaire de la température de l’air le long du tube 43 3.3.1 Tronçon vertical I 43 3.3.2 Tronçon horizontal II 47 3.3.3 Tronçon vertical III 48 3.4 Modélisation transitoire de la température de l’air le long du tube 50 3.4.1 Résolution numérique du problème 51 3.4.2 Efficacité de l’échangeur 54 3.4.3 Facteur de détérioration (Derating factor)’DF’ 54 4 Refroidissement de l’air par évaporation 55 4.1 Hypothèses simplificatrices 55 5 Conclusion 57 Chapitre 4. Etude expérimentale 1 Introduction 59 V 2 Description du dispositif expérimental 59 3 Instrumentation 61 4 Résultats expérimentaux 63 5 Conclusion 72 Chapitre 5. Résultats et discussions 1 Introduction 74 2 Modèle thermique du sol 74 2.1 Température en profondeur du sol 74 3 Modèle thermique de l’échangeur air sol 76 3.1 Validation du modèle numérique développé avec la littérature 76 3.2 Validation du modèle numérique développé avec l’expérimentation 77 3.3 Resultats du modèle thermique développé de l’échangeur air sol 78 3.4 Evolution horaire de la température de l’air pour des jours types (04-07 Aout 2013) 79 3.5 Efficacité de l’échangeur pour des jours types (04-07 Aout 2013) 80 3.6 Etude paramétrique 81 3.6.1 Effet de la conductivité thermique du sol 82 3.6.2 Effet de la vitesse d’écoulement de l’air 85 3.6.3 Effet du diamètre du tube 88 3.6.4 Effet de la conductivité thermique du tube 91 3.7 Influence de l’humidification de l’air sur la performance thermique 94 Conclusion générale 95 Références bibliographiques 97 Annexe |
| Type de document : | Thése doctorat |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0821 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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