Optimization of a double pass solar collector and estimation of wall-fluid heat transfer.
Optimisation d’un capteur solaire double passe à air et estimation des échanges de chaleur paroi-fluide.
Résumé
In this work, we present a study of the performance of a double pass flat solar collector for the production of hot air to supply and improve drying techniques. The cases of an absorber with and without fins are analyzed.Theoretical models for the double pass solar collector with and without fins have been established and solved numerically using codes developed in Fortran to obtain a global approach. Comsol Multi-physics code is used for a more local study. An experimental device has been designed to validate the results obtained numerically. One of the particularities of the solar collector developed in the laboratory is its insulation system. For this, a local bio-sourced material composed of crushed millet stems has been developed to increase the performance of the solar collector. The properties of the bio-sourced materials used for insulation were characterized by using available laboratory testing model. A comparison of the measured and calculated temperatures validated both the experimental and numerical approaches. The performance evaluation showed a strong influence of the flow rate and solar radiation on the energy efficiency of the double pass finned solar collector. The global approach to heat balances within the solar collector is mainly based on the heat transfer coefficients between the fluid and the absorber. An estimation of these coefficients is proposed in the last part of this work.Keywords: Solar collector, double pass, millet rod crushed, biosourced material, numerical modeling, experiment, performance.
Dans ce travail, on présente une étude des performances d’un capteur solaire plan double passe destiné à la production de l’air chaud permettant d’alimenter et d’améliorer les techniques de séchage. On analyse les cas d’un absorbeur avec et sans ailettes.Les modèles théoriques relatifs au capteur à air double passe avec et sans ailettes ont été établis et résolus numériquement à l’aide de codes élaborés en Fortran pour obtenir une approche globale de leur comportement ou alors à l’aide de Comsol multiphysique pour une étude plus locale. Un dispositif expérimental a été conçu pour valider les résultats obtenus numériquement. Une des particularités du capteur mis au point au laboratoire est relative à son système d'isolation. À cet effet, un matériau local composé de tiges de mil broyées (biosourcé) a été réalisé dans le but d’augmenter les performances du capteur solaire. Les propriétés des matériaux biosourcés utilisés pour l’isolation ont été identifiées à l’aide de moyens existant au laboratoire. Une comparaison des températures mesurées et calculées a permis de valider les deux approches expérimentale et numérique. L’évaluation des performances a montré une forte influence du débit et du rayonnement solaire sur le rendement énergétique du capteur solaire double passe avec ailettes. L’approche globale des bilans thermique au sein du capteur solaire repose principalement sur une bonne connaissance des coefficients d’échange entre le fluide caloporteur et l’absorbeur, un travail d’estimation de ces coefficients d’échange convectif est proposé dans la dernière partie de ce travail.Mots clés : Capteur solaire, double passe, tige de mil broyée, matériau biosourcé, modélisation numérique, expérimentale, performance.
Origine : Version validée par le jury (STAR)