Optimisation de performance thermique et dynamique d’un capteur solaire

Abstract

الملخص (بالعربية) :

تستخدم اللواقط الشمسية الحرارية الهوائية لزيادة درجة حرارة الهواء عن طريق امتصاص الحرارة من الطاقة الشمسية ، الا ان الكفاءة الحرارية لسخان الهواء الشمسي منخفضة بشكل عام بسبب انخفاض معامل نقل الحرارة بين لوحة ماصة للحرارة والهواءالدي يدخل الى القناة ،ودلك بسبب تكوين طبقة جدارية على اللوحة الساخنة والتي تعمل كسطح معيق لنقل الحرارة. وعليه لزيادة معامل نقل الحرارة وبالتالي زيادة الكفاءة الحرارية للواقط الشمسية ، تم استخدام طرق مختلفة ، لكسر الطبقة الجدارية ودالك لخلق اضطراب في منطقة نقل الحرارة و وأخيرًا ، لزيادة معامل نقل الحرارة ، تتمثل الطريقة الأمثل لتحسين نقل الحرارة في إنشاء خشونة اصطناعية تحت لوحة الامتصاص من أجل خلق اضطراب في الطبقة السفلية لزيادة التبادل الحراري بين الهواء والسطح الحار . وعليه يتعلق هدف هده الاطروحة في دراسة رقمية ثنائية الأبعاد تم إجراؤها باستخدام ديناميكيات الموائع الرقمية (CFD) لتحسين الأداء الحراري والديناميكي لمجمع الهواء الشمسي باستخدام شكل جديد للخشونة الاصطناعية من نوع العوارض عبارة عن نتوءات ، وايضا دراسة تأثيرشكل هده النتوءات الهندسية المختلفة على نقل الحرارة وانخفاض الضغط. شكل النتوءات المركبة على طول لوح الامتصاص مثلث الشكل وزاويته العلوية عبارة نصف دائرة تمت دراستها، وتم تحليل نتائج الأداء الهيدروليكي الحراري لهذه الأطروحة ومقارنتها بالقنوات الملساء من أجل التصميم الأمثل. ---------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) :

Le capteur solaire à air est utilisé pour augmenter la température de l'air en absorbant de l'énergie solaire, son rendement thermique est généralement faible en raison du faible coefficient de convection entre la plaque chauffant et l'air qui entre dans la conduite à cause de la génération d'une sous-couche visqueuse sur la plaque chauffant agissant comme couche résistante au transfert de chaleur. Par conséquent, pour augmenter le coefficient de transfert de chaleur donc amélioration de l'efficacité thermique, des diverses méthodes ont été utilisées dans le but de casser la sous-couche (visqueuse) laminaire de manière à créer des turbulences dans la zone de transfert de chaleur. La méthode la plus efficace pour l’amélioration du rendement consiste à créer une rugosité artificielle sous la plaque d'absorption afin de créer des turbulences dans l’écoulement de l’air à chauffer. En effet, ce travail de thèse porte sur une étude numérique bidimensionnelle réalisée à l'aide de la dynamique des fluides computationnels (CFD) dans le but d’analyser et améliorer le rendement thermique et dynamique d’un capteur solaire à air par l’utilisation d’une nouvelle géométrie de rugosité artificielle de type nervure transversale , celui-ci dépend de la découverte de l’influence des différents paramètres géométriques et des paramètres de fonctionnement. Donc, des nervures installées au-dessous de la plaque d'absorption sont sous forme d’un triangulaire à un coin supérieur semi-circulaire à investiguer. En outre, les résultats des performances thermohydrauliques de cette thèse ont été analysés et comparés à des conduites lisses pour bien choisir la conception optimale. ---------------------------------------------- The solar air collector is used to increase the air temperature by absorbing the heat from solar energy. The thermal efficiency of the solar air heater is generally low due to the low heat transfer coefficient between the absorber plate and the air int to the duct due to the formation of the laminar sub-layer on the absorber plate to increase the heat transfer coefficient and thermal efficiency, various methods have been used for breaking the laminar sub-layer to create turbulence in the heat transfer area and increasing the heat transfer coefficient, The best method for improving the heat transfer is to create an artificial roughness under the absorber plate to create turbulence for separation and reattachment of the laminar sub-layer. In this thesis work focuses on a numerical study on two-dimensional using computational fluid dynamics (CFD) to improve the thermal and dynamic performance of collector by using new cross-rib type artificial roughness geometry, and to predict the influence of different turbulence promoter geometry and operating parameters on heat transfer and pressure drop. The shape of the ribs installed along the absorption plate is triangular with a semi-circular upper corner are investigated The thermohydraulic performance results of this thesis have been analyzed and compared to smooth ducts to select the optimal design.