Intenséfication des transferts thermiques par électromagnetism

Abstract

الملخص (بالعربية) :

يتمركز المستقبل الطاقوي على نقطتين أساسيتين؛ الطاقات المتجددة و الكفاءة الطاقوية للأنظمة الطاقوية. في هذا الصدد، يهدف هذا العمل الرقمي الى دراسة أسلوب مركب لتكثيف التبادلات الحرارية باستعمال محلول مغناطيسي وحقل مغناطيسي غير منتظم متولد عن طريق أسلاك حاملة للتيار الكهربائي. تم تخصيص نصيب الأسد من هذا العمل لدراسة إمكانية استخدام هذه التقنية في أنبوب المركزات الشمسية من نوع طبق القطع المكافيء. الدراسة شملت كلا نظامي التدفق، الرقائقي و المضطرب، أين تمت معاينة تأثير الحقل المغناطيسي على شكل التدفق ،توزع السرعة، خطوط التيار عدد نوسلت وكذا معامل الاحتكاك. من جهة أخرى تطرقت الأطروحة إلى تحليل مدى تأثير قوة الحقل المغناطيسي الممثل في العدد المغناطيسي وكذا تأثير زيادة عدد رينولدس. أظهرت النتائج أن تواجد حقل مغناطيسي غير منتظم موزع بشكل متناوب يولد اضطرابات على مستوى توزع السرعة و حركة المائع المغناطيسي مما يؤدي لتحسين التبادل الحراري، لكن يترافق هذا مع زيادة في معامل الإحتكاك. كنتيجة أخرى، الزيادة في قوة الحقل المغناطيسي تزيد من قيمة عدد نوسلت و معامل الاحتكاك ، غير انه عند الزيادة في عدد رينولدز يلاحظ تلاشي تأثير الحق المغناطيسي أمام قوة المائع العطالية

Résumé (Français et/ou Anglais) :

The energy future is based on two main aspects; the renewable energies and the efficiency of energy systems. In this regard, this numerical work is aimed to study a compound method convective heat transfer intensification using a magnetic fluid (Ferrofluids) and a non-uniform magnetic field generated by current-carrying wire. The lion share of this work is dedicated for the study of the possibility of using this technique in the parabolic trough solar collectors absorber. The study included both flow regimes, laminar and turbulent. The effect of the magnetic field on the flow pattern, velocity distribution, streamlines, Nusselt number, as well as the friction factor are analyzed. On the other hand, this work has analyzed the effect of the magnetic field strength represented by the magnetic number, as well as the effect of the Reynolds number increment. The results showed that the presence of a periodically distributed non-uniform magnetic field disturbs the velocity distribution and the ferrofluid motion, which leads to an improvement in the convective heat exchange, but this is accompanied by an increase in the friction factor. As another result, the increase in the strength of the magnetic field increases the value of the Nusselt number and the friction factor, but when the the Reynolds number increases it is noticed that the effect of the magnetic decreases in front of the inertial forces of the fluid.

L'avenir énergétique repose sur deux aspects principaux ; les énergies renouvelables et l'efficacité des systèmes énergétiques. À cet égard, ce travail numérique a pour but d'étudier une méthode composée d'intensification convective du transfert de chaleur à l'aide d'un fluide magnétique (Ferrofluides) et d'un champ magnétique non uniforme généré par un fil conducteur de courant. La part du lion de ce travail est consacrée à l'étude de la possibilité d'utiliser cette technique dans l'absorbeur des collecteurs solaires cylindro-paraboliques. L'étude a inclus les deux régimes d'écoulement, laminaire et turbulent. L'effet du champ magnétique sur le modèle d'écoulement, la distribution de vitesse, les lignes de courant, le nombre de Nusselt, ainsi que le facteur de frottement sont analysés. D'autre part, ce travail a analysé l'effet de l'intensité du champ magnétique représenté par le nombre magnétique, ainsi que l'effet de l'incrément du nombre de Reynolds. Les résultats ont montré que la présence d'un champ magnétique non uniforme distribué périodiquement perturbe la distribution de vitesse et le mouvement du ferrofluide, ce qui conduit à une amélioration de l'échange thermique convectif, mais cela s'accompagne d'une augmentation du facteur de frottement. Comme autre résultat, l'augmentation de l'intensité du champ magnétique augmente la valeur du nombre de Nusselt et du facteur de frottement, mais lorsque le nombre de Reynolds augmente, on remarque que l'effet du champ magnétique diminue devant les forces inertielles du fluide.