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Sommaire: Optimisation du rendement d’un capteur solaire par minimisation des pertes convectives
Nomenclature
Introduction générale
Chapitre I: Connaissances Générales et recherche bibliographique
I.1 Rappel historique
I.2 Energie solaire
I.3 Les composantes d’un système de conversion thermique
I.4 Définition et principe d’un capteur solaire plan
I.5 Les types d’un capteur solaire thermique
I.5.1 Les capteurs plans non vitrés à revêtement sélectif
I.5.2 Les capteurs plans vitrés
I.5.3 Les capteurs à tubes sous vide
I.6 Constituants d’un capteur solaire plan
I.6.1 Partie avant
I.6.2 Partie absorbante
I.6.3 Partie arrière
I.7 Les paramètres influant sur le fonctionnement d’un capteur solaire
I.7.1 Les paramètres internes
I.7.1.1 La vitre
I.7-1-2 L’absorbeur
I.7.1.3 Forme et diamètres des pipes
I.7.1.4 La circulation du fluide caloporteur
I.7.1.5 L’isolation
I.7.1.6 L’orientation et l’inclinaison du capteur
I.7.2 Les paramètres externes
I.7.2.1 Les obstacles
I.7.2.2 Rayonnement solaire
I.7.2.3 Température
I.7.2.4 Vitesse du vent
I.8 Pertes thermiques dans un capteur solaire
I.8.1 Pertes par convection
I.8.2 Pertes par conduction.
I.8.3 Pertes par rayonnement
I.9 Coefficient de transfert de chaleur entre l’absorbeur et la couverture
I.10 Coefficient de transfert de chaleur sur la couverture
I.11 Autres travaux de recherche réalisés dams ce domaine
Chapitre II: Formulation mathématique du problème
II.1 Description du domaine d’étude
II.2 Présentation du domaine d’étude
II.2.1 Cas bidimensionnel
II.2.2 Cas tridimensionnel
II.3 Equations générales
II.4 Hypothèses de simplification
II.5 Système d’équations décrivant le problème d’étude
II.5.1 Cas bidimensionnel
II.5.1.1 Cas horizontal
II.5.1.2 Cas incliné
II.5.2 Cas tridimensionnel
II.5.2.1 Cas horizontal
II.5.2.2 Cas incliné
II.6 Conditions aux limites
II.6.1 Conditions sur la vitesse
II.6.2 Conditions thermiques
II.6.3 Conditions de symétrie
II.6.3.1 Conditions thermiques
II.6.3.2 Conditions sur la vitesse
II.6.3.3 Procédé de calcul aux plans de symétrie
II.6.3.4 Présentation schématique des plans de symétrie
Chapitre III: Approche numérique
III.1 Rappel sur la méthode des volumes finis
III.1.1 Subdivision du domaine d’étude
III.1.2 L’équation de transport
III.1.3 Discrétisation de l’équation de transport
III.1.4 Equation de quantité de mouvement
III.1.4.1 Correction de pression et de vitesse
III.1.4.2 Equation de correction de pression
III.1.5 Algorithme SIMPLE
III.1.6 Convergence
III.2 Présentation du code FLUENT
III.3 Les différentes étapes de l’approche numérique
Chapitre IV: Etude de l’indépendance entre la résolution
numérique et le phénomène physique
IV.1 Etude du maillage
IV.1.1 Qualité et la taille du maillage
IV.1.2 Le facteur de sous relaxation
Chapitre V: Présentation et interprétation des résultats
V.1 Propriétés thermophysiques des différentes composantes du capteur
V.1.1 Propriétés thermophysiques de l’air
V.1.2 Propriétés de La vitre
V.2 Facteurs intervenant dans le calcul numérique
V.2.1 Facteurs de sous relaxation
V.2.2 Couplage de vitesse pression
V.2.3 Schémas de discrétisation
V.2.4 Conditions de fonctionnement
V.3 Interprétation des résultats
V.3.1 Cas bidimensionnel
V.3.1.1 Capteur en position horizontale
V.3.1.2 Capteur en position inclinée
V.3.2 Cas tridimensionnel
V.3.3 L’influence de l’épaisseur de la lame d’air
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe
♣ Extrait du mémoire
Chapitre I : Connaissances générales et recherche bibliographique
I.1. Rappel historique
Depuis la préhistoire, le soleil a séché la nourriture de l’homme, il a également évaporé l’eau de la mer pour rapporter du sel. Depuis que l’homme a commencé à raisonner, il a identifié le soleil comme puissance motrice derrière chaque phénomène naturel, c’est pour quoi plusieurs des tribus préhistoriques ont considéré le soleil comme dieu.
Rendement d’un capteur solaire
L’idée d’utiliser les collecteurs à énergie solaire est enregistrée depuis des temps préhistoriques où aux 212 avant JUSUS CHRIST, Archimède a conçu une méthode pour brûler la flotte romaine à l’aide des miroirs métalliques. Pendant le 18 ème siècle, des fours solaires capables de fondre le fer, le cuivre et d’autres métaux étaient construits. Un four conçu par le scientifique français Antoine Lavoisier, atteint la température remarquable de 1750 C°. Pendant le 19 ème siècle des tentatives ont été faites afin de convertir l’énergie solaire en d’autres formes basées sur la génération de la vapeur à basse pression pour actionner des machines à vapeur. En 1875, Mouchot a fait une avance notable dans la conception de capteur solaire en faisant un réflecteur sous forme de cône court.
En 1901, A.G. Eneas a installé un collecteur de focalisation de diamètre 10 m qui a permis d’actionner un appareillage de pompage de l’eau d’une ferme de Californie.
Pendant les 50 dernières années beaucoup de constructions ont été conçues en utilisant les collecteurs solaires afin de chauffer le fluide de fonctionnement qui actionne l’équipement mécanique.
La fabrication des chauffe-eau solaires a commencé à partir des années 50. Leur industrie a augmenté très rapidement dans beaucoup des pays du monde.
Rendement d’un capteur solaire
Le manque de l’eau était toujours un problème de l’humanité, par conséquent parmi les premières tentatives est d’utiliser l’énergie solaire pour le dessalement de l’eau de mer.
La distillation solaire a été dans la pratique pendant longtemps, l’utilisation des concentrateurs solaires dans la distillation solaire a été rapportée par Pasteur (1928) qui a employé un concentrateur pour focaliser les rayons solaires sur une chaudière de cuivre contenant de l’eau.
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