Analyse numérique et expérimentale du stockage d’énergie thermique latente solaire

Abstract

الملخص (بالعربية) : تم تحليل الانصهار مع الحمل الحراري الطبيعي في مبدل حراري LHTES عدديا و تجريبيا في العمل الحالي. تكمن خصوصية هذا العمل في حقيقة أن درجة الحرارة HTF تختلف في كل لحظة حسب منحنى الإشعاع الشمسي. تم تنفيذ دمج مجموعة من مجمعات الطاقة الشمسية ذات الأنابيب المفرغة مع نظام LHTES، من أجل دراسة خصائص انتقال الحرارة أثناء الانصهار. في الجزء الرقمي ، تم دمج برنامج ( UDF ) في Ansys لتلبية هذا المطلب .في الجزء التجريبي ، تم إجراء عدة اختبارات لتحليل تأثير قوة مصادر الحرارة على أداء النظام . يتم قياس درجة حرارة الجدار الخارجي في مقاطع عرضية مختلفة للأنابيب باستخدام مزدوجات حرارية من النوع T . أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن الحمل الحراري الطبيعي يؤثر بشكل كبير على انتقال الحرارة و كذلك حركية الانصهار لـ PCM . بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج أن زيادة الحمل الحراري لسائل نقل الحرارة يمكن أن يزيد من معدل انصهار PCM و الطاقة المخزنة و يقلل من وقت الانصهار الكلي. ---------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) :

La fusion combinée à la convection naturelle dans un LHTES à tube et calandre été analysée numériquement et expérimentalement dans le présent travail. La particularité de ce travail réside dans le fait que la température du HTF varie à chaque instant en suivant la courbe d'irradiance solaire. L'intégration d'un ensemble de collecteurs solaires à tubes sous vide avec un système LHTES a été réalisée, afin d'étudier les caractéristiques de transfert de chaleur pendant la fusion. Dans la partie numérique, un programme (UDF) a été intégré dans Ansys pour répondre à cette exigence. Dans la partie expérimentale, plusieurs essais sont réalisés pour analyser l'effet de la puissance des sources de chaleur sur les performances de l'accumulateur. La température de la paroi extérieure est mesurée dans différentes sections transversales des tubes à l'aide de thermocouples de type T. Des réseaux de sondes de température verticaux et horizontaux dans la calandre caractérisent la stratification thermique qui se produit pendant la fusion. Les résultats obtenus montrent que la convection naturelle influence considérablement le transfert de chaleur ainsi que la cinétique de fusion du PCM. En outre, les résultats montrent que l'augmentation de la charge thermique du fluide de transfert de chaleur peut augmenter le taux de fusion du PCM et l'énergie stockée et réduire le temps de fusion total. ----------------------------------------------Abstract The melting combined with natural convection in a tube and shell LHTES has been analyzed numerically and experimentally in the present work. The special characteristic of this work lies in the fact that the temperature of the HTF varies at each instant following the solar irradiance curve. The integration of a set of evacuated tube solar collectors with a LHTES system has been performed, in order to study the heat transfer characteristics during the melting. In the numerical part, a program (UDF) has been integrated in Ansys to meet this requirement. In the experimental part, several tests are performed to analyze the effect of the power of the heat sources on the performance of the accumulator. The outer wall temperature is measured in different cross sections of the tubes using T-type thermocouples. Vertical and horizontal temperature probe arrays in the calandria characterize the thermal stratification that occurs during melting. The results obtained show that natural convection significantly influences the heat transfer as well as the melting kinetics of PCM. In addition, the results show that increasing the thermal load of the heat transfer fluid can increase the PCM melting rate and stored energy and reduce the total melting time.