Etude de la convection naturelle dans une cavité remplie d’air différentiellement chauffée par le bas Application au cas du capteur solaire plan
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L’objectif de ce travail est l’étude de quelques techniques de minimisation des pertes thermiques convectives dans la lame d’air située entre l’absorbeur et la vitre en vue d’augmenter l’efficacité énergétique d’un capteur solaire plan Pour cela, des simulations numériques bidimensionnelle et tridimensionnelle de l’écoulement et des transferts thermiques dans une cavité parallélépipédique inclinée représentant la lame d’air du capteur solaire ont été mises au point à l’aide du logiciel ansys fluent. La première technique est basée sur l’optimisation des échanges thermiques dans la lame d’air Les résultats obtenus en 2D ont montré principalement l’existence d’une valeur optimale de l’épaisseur de la lame d’air permettant de minimiser les pertes convectives à l’avant d’un capteur solaire plan à simple vitrage Ils ont aussi montré la grande influence de la prise en compte de l’échange radiatif entre l’absorbeur et la vitre sur l’intensité de ces pertes Par ailleurs l’étude 3D dans ce cas a permis une meilleure visualisation de l’écoulement réel dans la lame d’air du capteur solaire et par conséquent un meilleur accord des résultats numériques avec ceux expérimentaux La seconde technique concerne l’effet d’une deuxième vitre introduite à la moitié de la lame d’air Dans le cas où l’échange de chaleur par rayonnement à l’intérieur du capteur solaire n’est pas pris en compte les résultats de cette étude pour différentes épaisseurs de la lame d’air montrent que la deuxième vitre conduit à une augmentation de la température de l’absorbeur de 17 % en moyenne par rapport au cas à simple vitrage et que l’épaisseur de la deuxième vitre n’a pas d’influence notable Par ailleurs lorsque le transfert radiatif absorbeur vitre est considéré les résultats de la simulation font apparaitre une réduction des pertes thermiques à l’avant du capteur solaire en moyenne sur toute la gamme des épaisseurs de lame d’air testée de 26 % par rapport au cas à simple vitrage L’épaisseur optimale préconisée pour la lame d’air dans ce cas est de 8 mm. La troisième technique étudiée en 2D est celle des nids d’abeilles Les résultats obtenus font ressortir le fait que cette dernière peut conduire à une réduction ou une intensification des pertes selon le nombre des partitions et leur longueur ainsi que l’intensité de la densité du flux imposée à l’absorbeur solaire Enfin la quatrième technique concerne l’utilisation d’un absorbeur solaire ondulé L’étude 3D effectuée dans ce cas n’a pas montré d’effet notable sur la diminution des pertes thermiques du capteur solaire
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