| Titre : | Etude théorique et expérimentale de l'écoulement de l'air deux plants parallèles avec une surface chauffée |
| Auteurs : | Kamel Aoues, Auteur ; Rachid Atmani, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2012 |
| Format : | 102p / 30cm |
| Accompagnement : | cd |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Transfert de chaleur,énergie solaire,rugosités artificielles,écoulement d’air |
| Résumé : |
Le présent travail est relatif à l’optimisation des performances des insolateurs plans. Le
support technologique est capteur solaire plans air à simple passe. Ce travail comporte deux parties : une analyse théorique (modélisation, simulation) des différents phénomènes de transfert de chaleur intervenants dans le fonctionnement de ces systèmes. Afin d’aboutir à cette optimisation, nous avons adopté la solution géométriques par l’introduction de rugosités artificielles dans la veine d’écoulement du fluide caloporteur. Nous avons proposé trois formes de rugosités artificielles. Dans la deuxième partie, nous avons mené une étude expérimentale sur un banc d’essai, réalisé au laboratoire de génie mécanique, à l’université de Biskra. Ce dispositif a été testé dans les conditions environnementales du site. Nous présentons également une comparaison entre les résultats issus de l’analyse théorique, et les mesures expérimentales réalisées. هذا العمل يندرج في تحسين مردودية الملتقطات الشمسية المستوية. أنجزت هذه الأطروحة من خلال دراسة ملتقط حراري مستوي يشتغل بالهواء كحامل للطاقة الحرارية من خلال قناة بسيطة. ينقسم هذا العمل من جهة إلى دراسة نظرية (نمذجة و محاكاة) لمختلف ظواهر انتقال الحرارة التي تؤثر في عمل هذه الملتقطات من أجل تحسين مردوديتها. و من أجل الوصول إلى هذه الأخيرة، اتبعنا الحل الهندسي بإدخال حواجز اصطناعية داخل قناة جريان الهواء، و لذلك اقترحنا ثلاثة أنواع من الحواجز الاصطناعية. و من جهة أخرى، قمنا بدراسة تجريبية للملتقط الحراري المقترح و المصنوع في مخبر الهندسة الميكانيكية بقسم الهندسة الميكانيكية بجامعة محمد خيضر بسكرة. هذا الملتقط الشمسي جرب في الشروط الطبيعية لمنطقة بسكرة، حيث نقوم بعرض مقارنة بين النتائج النظرية في إطار هذه الأطروحة و النتائج التجريبية. كلمات مفتاحيه: انتقال الحرارة، الطاقة الشمسية، الحواجز الاصطناعية، جريان الهواء |
| Sommaire : |
Remerciements…
Résumé… Sommaire… Nomenclature…… Listes des figues…… Listes des tables… Introduction générale. Partie 1 – Etat de l’art et recherche bibliographique CHAPITRE 1 – Recherche bibliographique sur les rugosités artificielles 1.1. Introduction 5 1.2. Objectifs et plan de la thèse 6 1.3. Avenir énergétique 7 1.4. Généralités sur les capteurs solaires 9 1.4.1. Principes généraux 9 1.4.2. Différentes classes des capteurs solaires 10 a. Les capteurs solaires à haute température 10 Différentes conceptions 10 Avantages et inconvénients 11 b. Les capteurs solaires à basse température (sans concentration) 12 b.1. Caractéristiques techniques des capteurs solaires plans 12 b.2. Différentes conceptions des capteurs solaires plans à air 17 b.3. Avantages et inconvénients 19 1.5. Concept de la rugosité artificielle 20 1.6. Effet des paramètres de configuration de l'écoulement sur les frontières 21 1.6.1. Effets d'une rugosité 21 1.6.2. Effet de la hauteur de la rugosité et celle du canal d’écoulement 22 1.6.3. Effet de la largeur et la position de l'ouverture dans la rugosité inclinée 23 1.6.4. Effet de la rugosité en V 24 1.6.5. Effet de la disposition de la rugosité en V 24 1.6.6. Effet de la section de la rugosité 25 1.7. Considérations Thermo‐hydraulique 25 1.7.1. Les paramètres des performances thermo‐hydrauliques 25 II 1.7.2. Considérations de l'énergie 25 1.7.3. Rendement effectif 26 1.8. Les géométries de rugosités utilisées dans les capteurs solaires à air 26 1.8.1. Rugosités transversales continues 28 a. Rugosités de section circulaire 28 b. Rugosité de section rectangulaire 29 1.8.2. Rugosité Transversale brisées à section circulaire 30 1.8.3. Rugosités inclinées continues 30 a. Rugosités de section circulaire 30 b. Rugosités transversales à section rectangulaire 31 c. Rugosités brisées inclinées 31 1.8.4. Rugosité en forme de maillage 32 1.8.5. Rugosité en forme de V 33 a. Rugosité en forme de V continues 33 b. Rugosité en forme de V discrétisées, en quinconce 34 1.8.6. Rugosités chanfreinées 36 1.8.7. Rugosités en forme de coin 37 1.8.8. Rugosités en arc de cercle 38 1.8.9. Rugosité de surface alvéolée 38 1.8.10. Rugosité en grille Métallique 39 1.8.11. Rugosités discrétisées en forme W 40 1.8.12. Combinaison des éléments de rugosités différentes 41 a. Rugosités en rainures et transversales 41 b. Rugosité en rainure et chanfreinée 41 c. Combinaison de rugosités inclinée et transversale 42 1.9. Comparaison des performances thermo‐hydrauliques des capteurs solaires rugueux 43 1.10. Synthèse des travaux effectués 47 1.11. Conclusions 49 Partie 2 : Etude théorique III Chapitre 2 – Equations caractéristiques et optimisation d’un capteur solaire plan à air 2.1. Introduction 50 2.2. Les paramètres structurels 50 2.3. Bilan thermique global du capteur solaire 51 2.4. Equation simplifiée du fonctionnement 51 2.4.1. Les pertes optiques 52 2.4.2. Les pertes thermiques 52 2.5. Rendement du capteur 53 2.6. Optimisation du rendement du capteur solaire 54 2.6.1. Optimisation du rendement optique 54 2.6.2. Diminution des coefficients pertes 54 a. Diminution des coefficients de pertes à l’arrière de l’absorbeur 55 b. Diminution des coefficients de pertes à l’avant de l’absorbeur 56 2.7. Amélioration de l’échange convectif entre le fluide caloporteur et l’absorbeur 58 2.7.1. Réduction partielle de la section de passage du fluide caloporteur 59 2.7.2. Rallongement de la trajectoire du fluide caloporteur 61 2.7.3. Combinaison des deux propositions 63 2.7.4. Optimisation géométrique de l’entrée et de la sortie du capteur 64 a) Optimisation géométrique de l’entrée du capteur 64 b) Optimisation géométrique de la sortie du capteur 65 CHAPITRE 3 – Modélisation et étude du capteur solaire proposée 3.1. Introduction 66 3.2. Description du capteur solaire plan étudié 66 3.3. Modélisation du capteur solaire plan 68 3.4. Modélisation des coefficients d’échanges thermiques 71 3.4.1. Transfert conductif 71 3.4.2. Transfert radiatif 72 3.4.2.1. Entre la vitre et la voûte céleste 72 3.4.2.2. Entre la vitre et l’absorbeur 72 IV 3.4.2.3. Entre l’absorbeur et la plaque placée sur l’isolant 73 3.4.3. Transfert convectif 73 3.4.3.1. Transfert convectif dû au vent 73 3.4.3.2. Transfert convectif dans le capteur 73 a. Entre l’absorbeur et la vitre 73 b. Dans la veine d’air mobile 74 3.5. Calcul des pertes thermiques « Qp » 77 3.5.1. Pertes à l’avant « Uav » 77 3.5.2. Pertes à l’arrière « Uar » 78 3.6. Algorithme de calcul 79 3.7. Conclusion 85 Partie 3 – Résultats expérimentaux et théoriques CHAPITRE 4 – Description du capteur étudié 4.1. Description du capteur solaire 86 4.2. Données du lieu 86 4.3. Description du capteur solaire 86 4.3.1. Caractéristiques des différents éléments constituant le capteur 86 4.4. Description du banc d’essai 88 4.4.1. Instrumentations 88 4.5. Visualisation du banc d’essai 91 CHAPITRE 5 ‐ Résultats expérimentaux et validation du modèle théorique 5.1. Introduction 92 5.2. Comparaison et validation des résultats théoriques 92 5.3. Exposition et discussion des résultats obtenus 97 5.3.1. Configuration sans rugosités 97 a. Description du canal d’écoulement 97 b. Données météorologiques 97 c. Evolution des températures Ta, Tfe et Tfs 99 d. Evolution du rendement en fonction du paramètre réduit X= (Tfe‐Ta)/IG 99 V 5.3.2. Rugosités rectangulaires avec une partie inclinée d’un angle α=60° 102 a. Description et disposition des rugosités 102 b. Données météorologiques 102 c. Evolution des températures Ta, Tfe et Tfs 104 d. Evolution de la température de l’absorbeur et de l’air le long du capteur 107 e. Evolution du coefficient d’échange convectif pour les configurations A‐R60 et B‐R60 110 f. Calcul du nombre du Nusselt 113 g. Evolution du rendement en fonction du paramètre réduit (Tfe‐Ta)/IG 117 h. Mesures des pertes de charge 120 5.3.3. Rugosités rectangulaires avec une partie inclinée d’un angle α = 120° 122 a. Description et disposition des rugosités 122 b. Données météorologiques 122 c. Evolution des températures Ta, Tfe et Tfs 124 d. Evolution de la température de l’absorbeur et de l’air le long du capteur 127 e. Evolution du coefficient d’échange convectif pour les configurations A‐R120 et B‐R120 130 f. Calcul du nombre du Nusselt 132 g. Evolution du rendement en fonction du paramètre réduit (Tfe‐Ta)/IG 136 h. Mesures des pertes de charge 139 5.3.4. Rugosités cylindriques 141 a. Description et disposition des rugosités 141 b. Evolution des températures de l’absorbeur et de l’air 141 c. Evolution du rendement en fonction du paramètre réduit (Tfe‐Ta)/IG 142 5.4. Performances obtenues, comparaison entre les configurations étudiées 144 5.5. Conclusion 147 Conclusion 150 Références 152 Sommaires des annexes 157 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0279 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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