ETUDE DE LA PERFORMANCE D UN DISTILLATEUR SOLAIRE PAR UN SYSTEME DE PRE-CHAUFFAGE SOLAIRE DE L EAU SAUMATRE

Transcription

1 REPUBLIQUE LGERIENNE DEMOCRIQUE E POPULIRE MINISRE DE L ENSEIGNEMEN SUPERIEUR E DE L RECHERCHE SCIENIFIQUE UNIVERSIE MENOURI CONSNINE FCULE DES SCIENCE D INGENIEUR DEPREMEN DE GENIE CLIMIQUE N d sér : N d ordr : MEMOIRE PRESENE POUR L OBENION DU DIPLOME DE MGISER EN GENIE CLIMIQUE OPION HERMIQUE DU BIMEN E REFRIGERION HEME EUDE DE L PERFORMNCE D UN DISILLEUR SOLIRE PR UN SYSEME DE PRE-CHUFFGE SOLIRE DE L EU SUMRE Dan l jury : Présdn : Mr BELHMRI Rapporur : Mr KBI Examnaur : Mr YKHIB Examnaur : Mr RGOMRI Par : HLLOUFI OUHID Sounu l : / /2010 Profssur Unrsé Mnour Profssur Unrsé Mnour Maîr d conférnc Unrsé Mnour Maîr d conférnc Unrsé Mnour

2 ou d aord, mrc pour l grand DIEU qu m a donné la oloné l courag pour parachèmn c raal J xprmr ms rmrcmn ls plus chalurux à monsur KBI, profssur à l unrsé Mnour, pour ss ncouragmns, ls consls précux ou l long du raal J ns à xprmr ma rspcuus graud à Mr BELHMRI, profssur à unrsé d Mnour, qu a n oulu accpr d présdr l jury d sounanc Mr Y KHIB, maîr d conférnc à l unrsé Mnour d Consann Mr R GOMRI, maîr d conférnc à l unrsé Mnour d Consann D aor accpr d m far l honnur d jugr c raal d parcpr à mon jury d mémor J rmrc égalmn ous ls éudans d gén clmaqu : lamn, chawk, oudjma, amr, lll, djaouad, hnd, lona ou ms rmrcmns mon sm a ous ls nsgnans du déparmn d gén clmaqu

3 J déd c rl à ms chrs prns mon frèr à ms sœurs ms chrs ms

4 : Noaon lan : SYMBOLE DESIGNION UNIE a azmus du soll, Dffusé hrmqu, m²/s du corps E Equaon d mps mn K coffcn d ransmsson gloal coffcn d xncon W/m 2 C m -1 m Dé d mass kg/s mpéraur, coffcn d ransmsson K / U mps unrsl Hur SV l mps solar ra Hur P Prsson d aporsaon Pérmèr du oîr Pa m Surfac coffcns d roul du cl m 2 / Innsé d rayonnmn solar W / m 2 C V ss m/s Pussanc W L la longud, la chalur lan, la longuur caracérsqu La longuur du condu kj/kg m m Z alud m M Mass kg B coffcn d roul du cl / Cp Chalur massqu à prsson consan J/kg C d L damèr du u m aux d calcul hur FP l facur d prformanc Kg/J g accéléraon m 2 /s G Pussanc d rayonnmn solar ncdn par uné d sur fac W/m 2

5 h Hauur du soll, nhalp J/kg ngl d ncdnc m L numéro d mo / n Nomr du jour d calcul ndc d réfracon asolu / / w La dsanc nr ls us m B: Noaon Grcqu : SYMBOLE DESIGNION UNIE Coffcns d asoraon d chalur / Rndmn, ffcacé / Conducé hrmqu W/m C L angl horar Hur d calcul, coffcn d ransmsson H / Emssé La scosé dynamqu kg/ms la déclnason, épassur, m l'angl horar Mass olumqu, alédo Kg/m 3 / laud du lu Somm / décalag / Inclnason Q Dnsé d flux hrmqu W/m 2 scosé cnémaqu m²/s Consan d saffan-olzman W/m 2 K 4 ngl d réfracon

6 C / ndc SYMBOLE DESIGNION a man asorpon ac D Drc d dffus, dsllâ c Concon,capur cl cl Exérur, au f Enré du flud ff ffcf ép éaporaon g Gloal Inrn, so solaon j jour c:_ Par concon nr l au la surfac nérur d la r c :_a Par concon nr la surfac xérur l amanc r :_ Par rayonnmn nr l au la surfac nérur d la r r : _cl Par rayonnmn nr la surfac xérur l cl r Réflxon Vr, aporsaon r nérur r xérur c:so_a Par concon nr la surfac xérur d l solan l amanc cd:_so Par conducon nr l asorur l solan la Laéral a an appon Eau appon s Soudur D/ Ls nomrs admnsonnls : SYMBOLE Nu Gr Pr R P Ra DESIGNION Nomr d NUSSEL Nomr d GRSHOFF Nomr d Pranl Nomr d Rynolds Nomr d PECLE Nomr d Raylgh

7

8 Sommar Nomnclaur Inroducon 1 Chapr I : Connassanc Général sur ls chnqus d Dssalmn I1 Inroducon 3 I11 Hsorqu 3 I12 Ls aux à dssalr 3 I121 Ls sons ls rssourcs d au 4 I122 Classfcaon ds aux 5 I2 chnqus d dssalmn d au 5 I 21 Ls procédés à mmran 6 I22 Ls procédés d dsllaon 8 Chapr II : Éud héorqu du Dsllaur Solar II1 Ls paramèr nfluan sur l fonconnmn du dsllaur 19 II11 Paramèrs Inrns 19 II12 Paramèrs Exrns 21 II2 Concpon ojc pour un dsllaur solar ffcac 21 II3 Caracérsqus d fonconnmn du dsllaur 22 II31 L rndmn 23 II32 L ffcacé 23 II33 La prformanc 24 II4 Blans énrgéqus dans un dsllaur smpl 25 II41 Échangs d chalur à l nérur du dsllaur 25 II42 Échangs d chalur à l xérur du dsllaur 25 II43 Modélsaon mahémaqu 25 II44 Exprsson ds dfférns coffcns d ransfr d chalur 30 II45 Calcul ds pussancs asorés par ls dfférns composans du dsllaur 34 Chapr III : Dsllaur Solar ac sysèm d préchauffag III1 nroducon 37 III2 Ls capurs 37

9 III21 Classfcaon dscrpon ds capurs solars 37 III22 Paramèrs d fonconnmn 39 III23 Compormn hrmqu du capur 40 III24 Exprsson ds dfférns coffcns d ransfr d chalur 42 III3 Dscrpon du modèl 43 III4 Dscrpon ds équaons du modèl 44 Chapr IV : Smulaon du sysèm IV1 Prncp d smulaon 47 IV2 Programm 47 IV3 Méhod d Gauss Sdl 49 IV4 Organgramm 51 IV41Sans sysèm d préchauffag 51 IV42c sysèm d préchauffag 53 Chapr V : Inrpréaon Dscussons ds Résulas V1 Inroducon 57 V2 Varaon ds pussancs solars asorés 58 IV3 La araon d la mpéraur aman la mpéraur du cl 59 V4 Éud d l ff ds paramèrs xrns nrns sur l fonconnmn du dsllaur 59 V41 Paramèrs xrns 60 V42 Paramèrs nrns 62 V5 Éud compara nr un dsllaur plan ac sans sysèm d préchauffag72 V51 La araon ds mpéraurs 72 V5 2 La araon d La producon du dsllaur sans ac préchauffag 76 V5 3 La araon d l ffcacé gloal du dsllaur sans ac préchauffag 78 V5 4 La araon d l ffcacé nrn du dsllaur ac sans préchauffag 79 V5 5 La araon du facur d prformanc du dsllaur ac sans préchauffag80 Concluson 82 nnx Référnc lographqu

10 Inroducon

11 Inroducon général Inroducon général : L au s un susanc ssnll à la sur au déloppmn d l humané Mas qu a dnr c fragl rssourc? u plan mondal, la quson d l'approsonnmn n au dn chaqu jour plus préoccupan L consa unanmmn paragé s smpl : déjà précar dans crans régons du glo, la suaon n pourra qu'mprr dans ls annés à nr L formdal ssor démographqu qu a n ff connaîr nor planè dans ls ng-cnq prochans annés a nécssarmn s'accompagnr d'un xploson d la consommaon n au d'un dégradaon d sa qualé Cla rsqu d mr gramn n pérl l approsonnmn n au douc d'un grand par d l'humané par o d conséqunc d'aggrar ls confls nr pays osns ayan ds rssourcs communs c ff pour mux présrr l'anr n maèr d dégagmn d molsaon ds rssourcs n au, l s plus judcux d rpnsr la planfcaon ds rssourcs n au connonnlls dans l cadr d'un son gloal qu nègr égalmn l'ulsaon ds rssourcs n au non connonnlls noammn l dssalmn d l'au d mr ds aux saumârs L dssalmn ds aux saumâr, a foror, d l au d mr procur un soluon sédusan à c prolémaqu C s pourquo l marché du dssalmn s d ors déjà n pln xpanson ac un progrsson 7% par an Ls procédés d dssalmn ayan monré lur falé s dsn n dux grands famlls : l un uls l éaporaon, l aur uls la séparaon par mmrans La producon du dsllaur dépnd du gradn d mpéraur qu xs nr la mpéraur d l au dans l assn la courur ransparn Donc plusurs chnqus son sés pour l augmnaon d la mpéraur d l au dans l assn à l aassmn d la mpéraur d la courur ransparn Dans c u nous proposons un sysèm d préchauffag solar (capur solar), nous l comparons ac un sysèm sans préchauffag, nsu nous éudons l ff d c couplag sur la prformanc du dsllaur 1

12 Inroducon général C raal éud l ff du sysèm d préchauffag sur ls paramèrs d fonconnmn du dsllaur smpl, qu comprnd cnq chaprs ds pars annx : Un nroducon général L prmr chapr s consacré à la présnaon d la connassanc général sur ls chnqus d dssalmn surou clls qu ulsn l énrg solar comm un sourc d énrg, ans qu un rf hsorqu sur la dsllaon solar, un rchrch lographqu concrnan ls dfférns yps d dsllaurs L duxèm chapr nous présn ls dfférns équaons gournan l fonconnmn du sysèm, ans qu ls coffcns nrnan dans c sysèm L rosèm chapr s consacré à l éud d couplag dsllaur capur ans qu la présnaon ds équaons gournan l fonconnmn du sysèm dsllaur capur L quarèm chapr nous présn un smulaon numérqu du fonconnmn du sysèm sans ac préchauffag, ans qu l sysèm d préchauffag (capur solar) L cnquèm chapr nous présn ls résulas sous form ds graphs ac lurs nrpréaons pour ls dux sysèms sans ac préchauffag La concluson général d c mémor rprnd ls prncpaux résulas d nos raaux d rchrch La par annx comprnd noammn, ls noons qulqus défnons asronomqus, la dscrésaon ds équaons d ransfr hrmqu, caracérsqus hrmo physqus d l au du mélang ar-apur, ls nomrs admnsonnlls 2

13 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn C chapr s consacré à un présnaon ds connassancs générals sur ls chnqus d dssalmn surou la dsllaon solar ss dfférns yps ls plus apporés par ls pays

14 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn Chapr I : Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I1 Inroducon : Ls prolèms n rlaon ac l au son nomrux rès drs Il n y a donc aucun soluon smpl prman d répondr à sa dmand dans n mpor qul pays L dssalmn d l au marn ou saumâr s un procssus qu prm d'xrar l sl pour la rndr poal ou l'ulsr pour l'rrgaon I11 Hsorqu : XII èm Dés l IV èm sècl aan JC, rso osr l prncp d la dsllaon u sècl, élard d Bah décr dux xpérncs dans ls qusons naurlls «au soll, après l éaporaon sur un roch, l au d mr s ransform n sl ; lorsqu l soll fa défau, on chauff l au d mr sous l ff d la cusson on la o égalmn s ransformé n sl C méamorphos xplqu qu la mr so plus salé l éé qu l hr, qu ls mrs mérdonals l son daanag qu ls mrs spnronals» Dpus ls mps ls plus ancns, ls marns on dssalé l au d mr à parr d smpls oullurs sur lurs aaux, mas l ulsaon à ds fns ndusrlls s récn Dans ls annés 60, ls procédés hrmqus son ms au pon ulsés pour dssalr l au d mr Par allurs, ds rchrchs son déloppés sur ls procédés d dssalmn I12 Ls aux à dssalr : La rr s rcour d'au à 71% Cpndan 98% d c olum à un concnraon n sl rop élé pour êr poal ou mêm n sra-c qu pour êr ulsé dans l'rrgaon ou dans l'ndusr 3

15 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn L prolèm s qu ds pays paurs on manqur d'au poal dans ls annés à nr cla rsqu d'ngndrr ds gurrs I121 Ls sons ls Rssourcs d'au : Sur l plan mondal, la dmand n au poal d onn qualé s plus n plus for En ff, la populaon augmn rapdmn ls sons n au d l ndusr d l agrculur son d plus n plus élés Ls sons n au son prncpalmn répars 4 yps d consommaon : 55% d l au consommé sr à fournr d l énrg (arrag hydroélcrqu, rfrodssmn ds cnrals nucléars, énrg géomérqu, c ) 18% s consommé par ls parculrs 15%s ulsé par l agrculur 12% s consacré par un usag ndusrl Ls prncpals rssourcs n au dsrués dans l mond nr rprésnn dans l alau suan [1] : Rssourcs Eau amosphérqu Glacrs La glac d sol Rèrs Lacs Maras l'humé du sol qufèrs Lhosphèr Océans Volum (m3) oal oal pour cn D l au Pou cn d l au douc alau I1: Dsruon ds rssourcs n au dans l mond nr 4

16 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I122 Classfcaon ds aux : Lorsqu on class ls aux n foncon ds quanés d maèrs dssous qu lls connnn, on on ls donnés présnés au alau I2 Ls aux saumârs, qu pronnn haullmn ds napps sourrans, connnn l plus soun d 2000 à mg/l d maèrs dssous Sgnalons au passag qu l fflun d un usn d épuraon (ramn ologqu) conn nron 750 mg/l d maèrs dssous [2] yp d au Salné (mg/l) Eau douc <500 Eau légèrmn saumâr Eau modérémn saumâr Eau rès saumâr Eau d mr alau I2 : classfcaon ds aux slon la salné I2 chnqus d dssalmn d au : Il xs ssnllmn dux famlls d chnologs d dssalmns ulsés dans l mond d'aujourd'hu Il s'ag noammn d chnologs hrmqus d chnologs à mmran [3] Ls chnologs hrmqus son clls qu l chauffag d l'au fa l rcul d la apur condnsé (dsllaon) pour produr d l'au pur Ells son rarmn ulsés pour dssalr l'au saumâr (au d mons d 10,000 mllgramms par l d maèrs n suspnson), comm l n's pas rnal pour c applcaon Ls chnologs hrmqus connnn ls élémns d procssus d yps : Dsllaon à mul sag flash (MSF) Dsllaon à ffs mulpls (MED) Dsllaon par comprsson d la apur (VC) Ls chnologs à mmrans mncs, qu ulsn un mmran smprméal ls almnan n dux flux d drgns d concnraon, un 5

17 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn produ couran d s concnrr Dans ls applcaons d dssalmn, l'almnaon s so l'au d mr ou saumâr Ls chnologs d mmran comporn ds spécfqus procssus suans: Osmos nrs (RO) Elcrodalys (ED) Ls dfférns procédés d dssalmn qu nous aons déjà cés son présns dans la fgur suan : Procédé d dssalmn Mmran Dsllaon RO ED L au d mr MSF Fal salné Dsllaon classqu VC RO : osmos nrs ED : élcrodalys MSF : mul sag flash MED : Dsllaon à ffs mulpls VC : comprsson d apur MED Dsllaon solar drc Dsllaon solar à ff d srr Fgur I1 : Procédés d dssalmn ndusrals I21 Ls procédés à mmrans : Ls prncpaux procédés à mmran ulsés dans l doman d dssalmns son : L élcrodalys l osmos nrs 6

18 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I211 L élcrodalys : L élcrodalys rpos sur la ms au pon l ulsaon d mmrans sm-prméals à l au sélcs pour ls ons ns Suls ls anons pun rarsr un mmran anonqu E suls ls caons pun rarsr un mmran caonqu Pour consrur un élcro dalysur; on plac dans un ac ds mmrans anonqus n alrnanc ac ds mmrans caonqus Lorsqu l ac s rmpl d un soluon; on cré un dfférnc d ponl connu nr l prmr l drnr comparmn L fonconnmn d un l élcro dalysur s llusré dans la fgur I2 On rmarqu qu ls ons du sodum, Na + d la cllul n 2, arés rs l élcrod néga, rarsn la mmran caonqu C 1 ands qu ls ons d chlorurs, Cl -, arés rs l élcrod pos, rarsan la mmran anonqu 1, ls ons Na + Cl - son ans concnrés dans la cllul n 3 En ff dans c drnèr, ls ons Na + son arés rs l élcrod néga, mas ls n pun pas rarsr la mmran anonqu 1 ls ons Cl -, arés rs l élcrod pos, n pun pas rarsr la mmran caonqu C 2 près un cran mps, on rrou donc un soluon plus concnré dans ls clluls n 2 4 En praqu, on mulpl l nomr d clluls L almnaon d cs clluls n au salé pu aor lu n parallèl (fgur I 2) ou n sér (fgur I 2a) [2] Eau d mr Eau douc Eau d mr Eau douc Saumur Saumur a- almnaon n sér - almnaon n parallèl Fgur I2 : Uné élcrodalys 7

19 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I212 L osmos nrs : L au salé flré sous prsson à rars un mmran sm-prméal (un maérau qu lass passr l solan-l au dans nor cas, ls sls ls mcroorgansms son rnus par c drnr Ell conss à applqur à c au salé un prsson mporan, qu nécss un consommaon énrgéqu élé, pour la far passr à rars la mmran, suls ls moléculs d au rarsn la mmran, C procédé nécss oufos un ramn d l au n amon Fgur I3: prncp d l osmos nrs I22 Ls Procédés d dsllaon : Pour lur fonconnmn, ls procédés à dsllaon nécssn n grand par d l énrg hrmqu pour assurr l chauffag d l au salé Pour l au d mr, D plus c énrg hrmqu do êr fourn à un nau d mpéraur rlamn fal, nr C suan la chnolog adopé La sourc d chalur pu êr fourn, dans l cas d un couplag solar, par ds capurs plans ou à concnraon Ls procédés ls plus ulsés qu son suscpls d êr couplés à un sourc d énrg solar son [4] : Ls procédés à dsllaon classqu l l procédé à Mul-sag flash, à comprsson d apur La dsllaon solar drc à ff d srr qu conss n un procédé proprmn solar 8

20 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I221 La dsllaon à dén succsss ou Mul sag flash (MSF) [3]: La dsllaon Mul-Sag Flash s un aur méhod généralmn ulsé pour l dssalmn d l'au La praqu ds prformancs maxmals pour un rao d MSF s d 517Kg/MJ Chaqu éap d'un usn d MSF fonconn progrssmn à ass prsson, qu l'au oull à plus fal mpéraurs (fgur I4) Pour c chnqu, l'almnaon n au s chauffé n ru d suffsammn prsson élé pour mpêchr l'éullon, jusqu'à c qu'l agn l prmr "flash chamr" Dans la prmèr chamr d flash La prsson s soudanmn rms n lré l'éaporaon ou «clgnoan» a lu C clgnoan d'un p poron d l'almn pour anmaux connu à chaqu éap, parc qu la prsson dans chacun d'ux s plus fal Conrarmn à l'ff d procssus mulpls, c procssus régénèr sa apur s condns dans l mêm ff (la scèn) ns, c modèl offr l'aanag d la récupéraon d la chalur C's l'almnaon n au n passan par l'échangur d chalur dans la scon supérur d la chamr d flash La apur s condnsé au naux d c échangur où ll rérocèd sa chalur lan d aporsaon Dux scons dsncs d chaqu éap son ls clgnoans chamr (où ls apurs son produs) la scon d condnsaon (où ls apurs son condnsés) La quané d'au qu ls éclars do êr proporonnl à la dfférnc d mpéraur nr ls éaps ns, plus la dfférnc mpéraur, plus la quané d apur flashé Un fos qu la apur s flashé, l concnré d la mpéraur dmnu jusqu'à c qu'll so n équlr hrmodynamqu ac la prsson Comm la apur s produ, l concnré d'au dn d plus n plus concnré La scon d condnsaon conn l u échangur d chalur où ls apurs son condnsés par rfrodssur d'au d mr ou l'au d'almnaon 9

21 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn Condnsur Condnsur Condnsur Chauffag L au Dsllé Fgur I4: dsllaur à Mul sag flash I222 Dsllaon par comprsson d la apur : L prncp d dssalmn d au salé par comprsson d apur s clu d un pomp à chalur ; où l au salé s éaporé après aor éé préchauffé ds gouls nraînés par un séparaur Sa prsson ayan éé élé, grâc à la chalur lan d condnsaon qu s ransféré, l cycl d éaporaon d condnsaon pu ans fonconnr La apur condnsé d l au douc s xra, ans qu la saumur concnré connan du sl caus d prolèm d corroson d narrag ds composans, un l dsposf fonconn généralmn à un mpéraur lmé à nron 60 C (l au salé ou sous d parl) ac un facur d concnraon égal à dux : 1m 3 d au salé (35g/l d sl) donnra 500 lrs d au douc 500 lrs d saumur à 70 g/l d sl sron rjés à la mr C dsposf prm d n consommr qu un dzan d klowahurs élcrqus [5] Fgur I5: dsllaur à comprsson d la apur 10

22 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn I223 Dsllaon solar drc : L dssalmn ds aux saumârs ou ds aux d mr par dsllaon solar s un opéraon rès ulsé dans ls régons ards; la dsllaon solar s un chnqu qu uls l rayonnmn solar pour chauffr l au saumâr Ls procédés d dssalmn par dsllaon ulsan l énrg solar sous form hrmqu son : Dsllaon solar à mulpls ffs Dsllaon solar à ff d srr I2231 Dsllaon à ffs mulpls (MED) : L au salé s chauffé dans l prmr ff (fgur12), aporsan un fracon d cll c un par d c apur s condnsé par l fascau uular ou crcul d l au d mr rlamn frod L aur par d la apur s rnoyé dans l ff suan, d mêm un par d la saumur chauffé dans l prmr ff s égalmn ulsé pour chauff l au salé d mr dans l scond La apur n pronanc du prmr ff s condns dans l duxèm sur l fascau uular, produ un quané prsqu égal d apur à parr d l au salé, ans d su chaqu ff, l au dsllé s noyé rs un collcur L procédé MED (fgur I6) produ prsqu l au pur (5à25ppmDS ; concnraon oal ds sls) à parr d l au d mr ac un DS d 3500 à4500 ppm C procédé s mux dsposé à s adapr à l énrg solar C adapaon pu s far so ac ds [4] : Ds capurs solars plans pour ls ps unés allan jusqu'à plusurs m 3 /jour Ds capurs à concnraon pour ls capacés plus mporans Un sockag hrmqu s soun ulsé, sous form d résr d au chaud, pour prmr d aor un cran auonom d fonconnmn n régm prmann 11

23 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn L au salé Exracon d ar Dsllâ Décharg l au salé Fgur I6: Schéma d prncp d procédé d MED I2232 Dsllaon solar à ff d srr : C procédé conss à chauffr l au drcmn par l rayonnmn solar dans un ncn frmé rcour d rag La apur produ, qu s condns sur l rag plus frod légèrmn nclné, s rcull sous form d condnsâ dans ds gouèrs L prncp s rès smpl, fal n nécss aucun nrn Mas son rndmn s rlamn fal, 5 lrs/jourm 2 Il xs cpndan dux yps d farcaons d dsllaur, cs drnrs pun êr consrus so [6] : Sous form d produ modulal, l s ag généralmn d un ac (plasqu, ôl, os ) solé nférurmn rcour d un rag supérurmn Plusurs dsllaurs pun êr almnés smulanémn pour form un uné d dsllaon L nomr d dsllaurs dépnd à d la capacé d au produ désré C modèl s ulsé sulmn d rès ps capacés, plusurs dzans d lrs par jours Il s praqu quan ls sons n au dsllé n son pas rès mporans (laoraor d analys ) Il xs cpndan plusurs arans don on pu cr l dsllaur plan, n cascad, à mèch, à mulpls ffs, sphérqu, c Quan ls sons son plus mporans (plusurs cnans d lrs/jour) ls dsllaurs son consrus n maçonnr/éon sous d grands assns rés La surfac dépnd d la quané d au dsllé Un cran nomr 12

24 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn d applcaon s ffcué généralmn dans ls zons rurals où ls surfacs au sol son dsponls a Prmèr apparon d un dsllaur solar : La dsllaon solar s un chnolog d un rès grand hsor L ulsaon modrn d l énrg solar pour la dsllaon d l au salé ou saumâr a commncé n 1872, dans l nord d chl par l nsallaon d un dsllaur solar d yps assn, qu a prms d sasfar ls sons d la communaué, pndan plusurs annés l qu décr par ls référncs [40, 41] L ngénur anglas WILSON drgan un xploaon mnèr à Las Salnas au Chl, u à résoudr un prolèm d arumn d 4000 muls qu ransporan n conos ls mnras d nra N dsposan qu d au ayan un salné égal à 140 g/l so nron 4 fos supérur à cll d l au d mr, l décda d consrur un dsllaur solar n os d 4460 m 2 qu da fournr nron 20 m 3 /jour d au douc Il fau rconnaîr qu ls conons éan parculèrmn faorals s l on n comp d la laud du lu, d son alud (1400 mèrs) d la puré d l amosphèr C nsallaon rsa n xploaon jusqu n 1908 so plus d 40 ans, un rcord d dmnson d duré a éé ans éal dès l dépar Un rgan d nérê pour la dsllaon solar u lu rs 1925 sous l mpulson du gournmn franças qu our un concours ; c qu condus à un ffor d nnon n Franc n frqu du Nord En 1929 un nsallaon du à GINESOUS groupan 30 apparls d 1 m 2 a éé xploé à BEN GRDNE n uns [7] Pndan la duxèm gurr mondal, ds apparls rplals on éé réalsés pour ls canos d sauags Il s agssa d apparls crculars n plasqu, à fond conqu lsé, la par supérur éan sm sphérqu qu floan un fos gonflés Cs apparls on éé farqués n grands quanés Dpus 1954, ls xpérncs s son mulplés n parculr sous ls auspcs d l Offc of Saln War (OSW) du Déparmn d l nérur ds Eas Uns on aou à la consrucon d grands nsallaons à courur d rr d plasqu à DYON BECH, n Flord Cs nsallaons on éé xploés pndan plusurs annés ls résulas onus on éé pulés [7] 13

25 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn Rayonnmn solar Eau condnsé Vapur Collcur Fgur I7: Coup sur un dsllaur solar arsanal Dscrpon prncp d fonconnmn ds déférns dsllaurs solar: On dsngu dux yps d dsllaurs solars à ff d srr, don la condnsaon n s pas séparé d l éaporaon : dsllaurs saqus dsllaurs à russllmn 1 Ls dsllaurs saqus : C son ds dsllaurs don la napp d au à dsllr s mmol Ls prncpals géomérs rnconrés son rprésnés cdssous : o L dsllaur plan : C sysèm d dsllaur fgur I8, s ssnllmn consué d un capacé éanch surmoné d un r La par nférur s rcour d un plan d au (au saumâr ou au d mr) Sous l acon d flux solar, ransms par la courur ransparn, l au s échauff un par d cll-c s éapor La apur produ s condns sur la fac nérur d la r l condnsâ s récupèr par un récpur Un appon d au compns l dé d dsllâ [8] 14

26 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn fn d rédur ls prs d chalur rs l xérur ls paros laérals nfrur son solés [9], [10], [11] Fgur I8 : Dsllaur solar plan o L dsllaur sphérqu : C s un dsllaur n plxglas fgur I9, composé d ros pars prncpals; un dm-sphèr supérur qu ransm l rayonnmn solar d un par jou l rôl d surfac d condnsaon d aur par, un dm-sphèr nférur qu récupèr l dsllâ un ac horzonal n méal norc connan l au à dsllr qu s rou dans l plan médan [12] Fgur I9 : Dsllaur solar sphérqu 15

27 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn Un ssu-glac nraîné par mour élcrqu, prm d mannr la surfac d condnsaon au rayonnmn, d assurr un dranag rapd ds gouls [9], [12] L prncp d fonconnmn s smlar à clu du dsllaur plan o dsllaur solar à cascads : C apparl présn dux aanags : la lam d au s rès fal l ornaon par rappor au rayonnmn ncdn s rapproch daanag d l opmum Un modèl d c yp, rprésné dans la fgur I10 n a éé xécué qu n ps alls Cs apparls fonconnn n mas lur consrucon lur nrn son coûux, Fgur I10 : dsllaur solar à cascad 2 Ls dsllaurs à russllmn : c son ds dsllaurs don la napp d au à dsllr s n moumn Ls prncpals géomérs rnconrés son rprésnés c-dssous : o Dsllaur solar a mèch : Dans un dsllaur à mèch, l au d almnaon coul lnmn à rars un garnur porus, asoran ls rayonnmns (mèch) Dux aanags son rndqués sur ls dsllaurs d assn D aord, la mèch pu êr nclné d sor qu l au d almnaon présn un mllur angl ac l soll (rédusan la réflxon présnan un grand surfac ffcac) En scond lu, mons d au 16

28 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn d almnaon s dans l dsllaur à ou momn donc l au s chauffé plus rapdmn à un mpéraur élé Ls dsllaurs smpls à mèch son plus ffcacs qu ls dsllaurs à assn qulqus concpons son préndus pour coûr mons qu un dsllaur à assn du mêm rndmn Fgur I11: Dsllaur solar à mèch o dsllaur solar rcal : L dsllaur solar rcal s composé [13] : D un capur solar prman la capaon du rayonnmn solar D un comparmn d éaporaon D un comparmn d condnsaon La fgur I12, présn l prncp d fonconnmn du dsllaur rcal L dsllaur s almné par l au saumâr à parr d un résror (1), l dsllaur s conncé au résror à l ad d un u n cur (2), l dé d au l nré du dsllaur s régulé à l ad d un ann (3) La poson du résror d almnaon prm l almnaon du dsllaur par un dé consan 17

29 Chapr I Connassanc général sur ls chnqus d dssalmn Un dsruur d au (4), mun d prforaons sur la longuur, prm la dsruon d l au n flm sur l ssu spongux (5), l au russll sur l ssu, la saumur s éacué n as (6) L au qu s écoul drrèr l asorur (7), s éapor dans l comparmn d éaporaon, l mélang d au d ar à l nérur sauré n apur d au crcul naurllmn à rars ls dux oururs (8) réalsés dans un closon solé rs l comparmn d condnsaon (9), la apur s condns au conac d la plaqu d condnsaon à l arrèr du dsllaur La collc d l au s produ dans la gouèr (fgur I12) farqué n dssous d la plaqu d condnsaon Fgur I12: dsllaur solar rcal L dsllaur à russllmn présnn ds nconénns ls qu : Un réglag dffcl d dé d l au à dsllr Un pr d chalur snsl mporé par l xcédn d au nom éaporé 18

30 Chapr II Eud héorqu du dsllaur solar C chapr s consacré à l éud héorqu d un dsllaur solar, Nous présnrons ls prncpaux paramèrs d fonconnmn, nous éalrons l lan hrmqu au nau d chaqu par du dsllaur solar

31 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Chapr II : Éud héorqu du dsllaur solar II1 Ls paramèr nfluan sur l fonconnmn du dsllaur : On pu classr ls paramèrs qu nflun sur l fonconnmn du dsllaur comm su [15, 38, 39] : - Ls paramèrs xrns - Ls paramèrs nrns II11 Paramèrs Inrns : II111: Paramèrs d consrucon : - Courur : La courur rrèr nrn ssnllmn par sa naur qu pu êr n rr ou n plasqu Ell a dux rôls à jour : d un par c s un flr sélcf d rayonnmn solar (l rayonnmn éms ou ré-éms par l nérur du assn à mpéraur ass qu n la rars pas) d aur par, c s un surfac d condnsaon d la apur d au : un onn moullalé s nécssar pour ér la condnsaon n gouls qu on ndanc à romr dans l assn qu réfléchssn un par mporan du rayonnmn ncdn Pour assurr l russllmn d l au condnsé rs la gouèr (collcur) - L nclnason : Son nclnason par rappor à l horzonal, pour dérmnr la quané d énrg solar nrodu dans l dsllaur pour mnmsr la dsanc nr la saumur la r, l angl d nclnason do far l oj d un chox judcux L nclnason nflu auss sur ls équaons ds lans énrgéqus ds dfférns consuans du dsllaur Ell dépnd du fonconnmn du dsllaur duran l anné : Fonconnmn sal : = - 10 Fonconnmn hrnal : = + 20 Fonconnmn annul : =

32 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar - L asorur : Ls éuds fas dans c doman monrn qu la surfac asoran pu êr consru d plusurs maéraux (os, méal, éon, maèr synhéqu ou n rr ordnar) L chox d la maèr d la surfac asoran ou du ac nor dépnd d son nr hrmqu, d la réssanc à l oxydaon par l au ds dépôs mnéraux - La dsanc nr la surfac d éaporaon la sur fac d condnsaon : SCUNNHN HNSEN [16] on monré qu la prformanc du dsllaur augmn quand la dsanc nr la saumur la r dmnu - La hauur du nau d la mass d au à dsllr : L épassur d l au saumâr jou un rôl rès mporan La producon auan plus mporan pour un dsllaur à fal épassur d saumur, mas pour un dsllaur d grand épassur d la saumur, l maxmum d la producon n s osré qu pu après l couchr d soll - L solaon ds facs laérals du dsllaur : L solaon ds facs laérals s pour u d élmnés ls prs (ransfr d chalur ac l mlu xérur) II112 Paramèrs hrmophysqus : Ls paramèrs hrmophysqus son rprésnés par : La courur la sur fac asoran : la conducé hrmqu, la chalur spécfqu la dffusé hrmqu La saumur : la conducé hrmqu, la chalur spécfqu, la scosé dynamqu, la scosé cnémaqu, la chalur lan d aporsaon, l coffcn d dlaaon hrmqu la dffusé hrmqu L mélang ar-apur : la conducé hrmqu, la chalur spécfqu, la scosé dynamqu, la scosé cnémaqu, l coffcn d dlaaon hrmqu 20

33 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar II113 Paramèrs opqus : C son ls paramèrs opqus (l émssé, l asorpé, la réflcé la ransé) d la sur fac d la courur d la surfac asoran II114 Paramèr d fonconnmn : Cs paramèrs son ls dfférns mpéraurs du sysèm du flud, n parculr la mpéraur d l au à dsllr II12 Paramèrs Exrns : Ls éuds fas par plusurs chrchurs on monré qu ls paramèrs ls plus fréqummn rnus son: II121 Paramèrs mééorologqus : a) Innsé du Rayonnmn Solar : ) La mpéraur aman d l ar la ss du n : ux mpéraurs d saumur élés, augmnr la dfférnc d mpéraur nr la saumur la r n augmnan la ss d n, n assan la mpéraur aman Par conr, aux mpéraurs fals d la saumur, n augmnn la ss du n rn à far chur l aux d éaporaon c) L nrmnc ds nuags : La quané d énrg solar rçu par un surfac dépnd ds paramèrs, B qu dépndn d la naur d cl Cla rn à dr qu l passag ds nuags dmnu l asorpanc ffc moynn II122 Paramèrs Géographqus : Ls paramèrs géographqus ls qu la longud, la laud la hauur d soll, son à prndr n consdéraon dans c éud II2 Concpon ojc pour un dsllaur solar ffcac : Pour un rndmn élé, l dsllaur solar dra mannr : un mpéraur d au d almnaon élé 21

34 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Un grand dfférnc d mpéraur nr l au d almnaon la surfac d condnsaon Un fal fu d la apur Un grand dfférnc d la mpéraur pu êr ffcué s : La surfac d la condnsaon asor pu ou rn l rayonnmn nran L au d condnsaon asor la chalur qu do êr nlé rapdmn d la surfac d condnsaon En plus on do surllr ls élémns suans : Emplacmn Ls dsllaurs solars fonconnn à l ad d l énrg solar drc sans un énrg adonnll La consommaon l spac adonnl L au dsllé pronan du dsllaur pu êr d chaud à èd Il au mux réfrgérr l au dans un pch (p roc) n rr pour la rfrodr la sockr L goû L au dsllé s nspd à caus d l asnc d mnéraux slon ls préférncs prsonnlls, l rfrodssmn d l au pourra n amélorr l gou La faclé d noyag On chos un modèl doé d un asorur facl à noyr La composon ds dsllaurs On rcommand qu ls dsllaurs son n fr galansé, n alumnum ou n plasqu II3 Caracérsqus d fonconnmn du dsllaur: Plusurs grandurs son défns afn d caracérsr la producon d au d ls dsllaurs On dsngu consammn [17]: l rndmn, l ffcacé nrn gloal la prformanc 22

35 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar II31 L rndmn : C s la quané d au produ par uné d surfac d plan nor par jour L nconénn majur d c crèr s qu l n fa pas mnon d l énrg solar qu arr sur l dsllaur L rndmn d un dsllaur smpl s [17] : m h d G ap (1) h ap m Gd : Enhalp d éaporaon : Dé d mass dslla : Pussanc d rayonnmn solar ncdn par uné d sur fac II32 L ffcacé : II321 L'ffcacé gloal : L ffcacé gloal s défn l rappor : g Qap G m L d G (2) II322 L'ffcacé nrn : S l ffcacé gloal rappor la quané d au produ à l énrg solar oman sur un surfac horzonal, ll n fa pas mnon d la quané d énrg nran réllmn dans l dsllaur, d auan plus qu un dsllaur s consru n général pour un lu donné ac un pn d courur fx Un changmn d pn d la localé fa arr la quané d énrg qu nr dans l dsllaur On défn donc un ffcacé nrn qu n comp d ous cs paramèrs qu s défn par: Q Q ap au (3) Pour un nnsé gloalg, l'xprsson d Q s: au Q au ( ) G ( 4) 23

36 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Q au G (5) c : (6) II33 La prformanc : L souc d caracérsr un dsllaur d un manèr plus asolu a amné ans SCUNHN HNSEN [16] à défnr l facur d prformanc ru ( FPB ) l facur d prformanc horar ( FPH ) : Quané d' énrgnréau ou d24h FPB Quané d' au produau ou d24h ( 7) FPH Quané d' énrgnréau ou d' un hur Quané d' au produau ou d' un hur ( 8) un nsan donné d la journé l facur d prformanc FP s donné par la rlaon : FP m G (9) 24

37 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar II4 Blans énrgéqus dans un dsllaur smpl : II41 Échangs d chalur à l nérur du dsllaur : II411 Exchang d chalur d l au nr l asorur la surfac d condnsaon : L au rço d l asorur un flux solar ou d chalur par concon naurll par conducon L au cèd un flux d chalur par rayonnmn par concon naurll aux surfacs d la condnsaon Pusqu l xs un éaporaon, l au prd cran un flux d chalur II412 Échang d chalur nr la r la surfac d au : Ls flux solars ncdns cédés par la napp d au n son pas rçus négralmn par la surfac d condnsaon c égard au cours du ransfr, un par s asoré par l amosphèr nrn ls paros laérals Ls rs rçon ls flux ncdns par concon naurll, par rayonnmn par condnsaon d la apur d au II42 Échangs d chalur à l xérur du dsllaur : II421 Échang d chalur nr la r l amanc : L mlu xérur cèd l flux d chalur par rayonnmn solar à la r, don un par s réfléch La r cèd au mlu xérur l flux d chalur par rayonnmn par concon naurll II43 Modélsaon mahémaqu : La héor d un dsllaur solar smpl n form d srr, Fgur II1, llusr ls dfférns échangs d chalur qu s produsn dans un dsllaur solar Ell s fondé sur quar lans En régm ransor, ls équaons régssan l lan hrmqu au nau d chaqu par du dsllaur, s écrn comm su [11]: 25

38 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Q r _ a Q r _ c Q c _ Q éap Q r _ Q cd Q au Fgur II1 : Blan énrgéqu d un dsllaur solar an d écrr l lan hrmqu, on do nr ds hypohèss smplfcarcs suans : - La mpéraur d chaqu composan s unform - ransfr d chalur s undmnsonnl - L soll s assmlé à un corps nor - La courur s propr - La condnsaon s fa unqumn sur la courur (l n y a pas d condnsaon sur ls paros laérals) - La saumur s saqu sur l assn - L assn s éanch - La condnsaon d l au sur la courur s homogèn connu (l rr possèd un onn moullalé) - La concnraon d la saumur n nrn pas dans ls ransfrs d chalur d mass à parr d rs la saumur - Ls propréés physqus ds maéraux son consdérés consans - Ls paros laérals son supposés adaaqus - La chalur prdu par adon d au d appon cll mporé par l dslla son supposés néglgals Par analog nr ls grandurs hrmqu ls grandurs élcrqus 26

39 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar (alau II1), on pu applqur ls los d OHM Nous approchons l fonconnmn rél du dsllaur par l ulsaon d la méhod ds nœuds C méhod nous prm d découpr nor sysèm d dsllaur n plusurs sous-sysèms Nous écrons donc, pour chaqu nœud du dsllaur, l équaon du lan d pussanc lu corrspondan, pus nous smulons l fonconnmn slon la méhod «pas à pas», cc nécss l écrur ds équaons n régm ransor consdérons un scon qulconqu du sysèm à l nsan, so l un ds mlux rprésnés dans c scon, [J/Kg C], sa mpéraur n [ C] L lan au nœud donné par : M sa mass n [Kg], Cp sa chalur spécfqu n M Cp d n 1 Q j ( 10) : rm d pus Grandur hrmqu Grandur élcrqu mpéraur Ponl élcrqu Flux hrmqu Couran élcrqu Réssanc hrmqu Réssanc élcrqu Capacé hrmqu Capacé élcrqu alau II1 : analog nr ls grandurs hrmqus ls grandurs élcrqus 27

40 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar 28

41 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar 1) Blan du rag : La quané d chalur rçu par la r s éacué par conducé à rars cll-c, so : Q r _ - la fac xérur : M Cp 2 d - la fac nérur : M Cp 2 d : _ cl c: _ a 2 Q Q ( 11) r Q Q Q ( 12) r: _ c: _ : : Flux hrmqu par rayonnmn nr l flm d au l rag Q c _ Q ap : : Flux hrmqu par concon nr l flm d au l rag : Flux hrmqu par éaporaon-condnsaon nr l flm d au l rag Q r : _ cl : Flux hrmqu prdu par la r par rayonnmn rs l xérur Q c : _ a : Flux hrmqu prdu par concon par la r rs l xérur : Conducé hrmqu d la r : Épassur d la r ap 2 2) Blan d l au (saumur) : M Cp d Qc : _ Qc : _ Qap Qr: _ ( 13) Q c : _ : Flux hrmqu par concon nr l fond du ac l flm d au 3) Blan du assn nférur : M Cp d Qc _ Qcd: _ so ( 14) Q cd : Flux hrmqu prdu par conducon du ac 4) Blan d l solan : Pour rédur ls prs d chalur à rars la as, nous ulsons un solan hrmqu L côé nérur du dsllaur rço la chalur prdu d l asorur l coé xérur cèd d la chalur rs l xérur par rayonnmn par concon, d où l équaon: 29

42 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar - u nau d la fac nérur : M Cp 2 d so Q cd: _ so ( 15) so so Q cond _ : Flux hrmqu par conducon nr l ac l solan hrmqu - u nau d la fac xérur : M Cp 2 d so Q Q ( 16) so so r: sosoll c: soa 5) l Dé du condnsâ dm c h ap L (17) M c : Mass du condnsâ L : Chalur lan d aporsaon : mpéraur d l au : mpéraur d la r II44 Exprsson ds dfférns coffcns d ransfr d chalur : Ls xprssons pour ls drs rms ds équaons donnés c-dssus son: Par rayonnmn au-r h r Q h ( 18) r _ r : Coffcn d ransfr d chalur par rayonnmn nr l flm d au la r h 2 2 ( 19) r _ ff ff : Émssé ffcf : Consan d SEFFN-BOLZMN ff ( 20) : Émssé d l au : Émssé d la r 30

43 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Par concon au-r h c _ Q ( 21) c _ hc _ h c _ : Coffcn d ransfr d chalur par concon nr l flm d au l rag [18] : p p hc _ 0884 ( 22) p p : Prsson d aporsaon à p : Prsson d aporsaon à 1 3 Par éaporaon Q ap h ap ( 23) h ap : Coffcn d ransfr d chalur par éaporaon-condnsaon nr l flm d au l rag [19] : h ap h c _ p p La prsson d la apur d au s smé par la rlaon suan [20] : ( 24) p xp18,6686 ( 25) D aur par KML [21] propos un polynôm du rosèm dgré n foncon d la mpéraur : p ( 26) Par rayonnmn r-amanc : h r Q ( 27) r _ cl hr cl cl _ cl : Coffcn d ransfr d chalur par rayonnmn par la r rs l xérur h 2 2 ( 28) r _ cl cl cl cl : mpéraur du cl La mpéraur du cl s donné par la rlaon approxma [22] : cl a 6ou12 ( 29) 31

44 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar En général, on uls l xprsson : cl Par concon r-amanc : hc a Q a ( 31) c _ a hc a a : Coffcn d ransfr d chalur par concon nr la r l xérur L coffcn d échang par concon nr la fac xrn d la r l ar s donné par la rlaon suan [23] : h V ( 32) c a Par concon assn-au : hc Q ( 33) c _ hc : Coffcn d ransfr d chalur par concon nr l fond du ac l flm d au Nu f hc ( 34) L Dans c yp d prolèm, ls corrélaons xpérmnals aoussn à ds rlaons d la form : Nu c n Gr Pr ( 35) Ou c n son ds consans dépndan d la géomér du sysèm d la naur d l écoulmn (lamnar ou uruln): Plaqu plan horzonal Gradn d rs l hau : - L écoulmn s oujours lamnar on a : S Gr 10 5 Nu 1 L échang hrmqu nr la saumur l ac asoran s fa unqumn par conducon S S Gr Nu 054 Gr Pr L 7 Gr 210 Nu 014 Gr Pr

45 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar Gr g L 2 : Nomr d GRSHOF Gr 2 3 ( 36) : Coffcn d xpanson olumérqu d l au n (K-1 ) L : Longuur du ac asoran n (m) : La mass olumqu d l au n (Kg/m 3 ) g : L accéléraon n (m 2 /s) : La scosé dynamqu n (Kg/ms) Pr : Nomr d PRNDL Pr Cp ( 37) Ls prs hrmqus du assn par conducon hrmqu à rars l solaon s donnés comm su : : mpéraur du ac Q : mpéraur d l solan ( 38) cd: _ so K so c : : Conducé hrmqu du ac : Épassur du ac K (39) - Par conducon Isolan-assn : - Par conducon à rars l solan K so : Conducé d l solan so : Épassur d l solan so so Q ( 40) cd so _ ( 41) so so - Par concon nr l solan l ar xérur : Q ( 42) c so _ a hso _ a so a 33

46 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar h so _ a : Coffcn d ransfr d chalur par concon nr l solan l ar xérur - Par rayonnmn nr l solan l sol : h 2 2 ( 43) r _ so sol so so sol II45 Calcul ds pussancs asorés par ls dfférns composans du dsllaur : - Pussanc asoré par la r Pour un dsllaur smpl à ff d srr la pussanc asoré donné par la rlaon suan [10]: Où: D D d d (44) D d Son ls coffcns d asorpon pour rspcmn l rayonnmn drc l rayonnmn dffus D s calculé comm su [24] : Où: D 1 RD D ( 45) D : Coffcn d ransmsson gloal du rayonnmn drc, l s calculé par D r a (46) r : Coffcn d ransmsson dû à la réflxon 1 R r 1 R D D ( 47) a : Coffcn d ransmsson dû à l asorpon a K xp cos ( 48) Où : K : Coffcn d xncon du rr [m -1 ] : Épassur d la r [m] R D : Caracérsqu d la réflcé d la r, l s donné par : 34

47 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar R D R N R 2 p ( 49) c : R N sn sn 2 2 ( 50) R p g g 2 2 ( 51) Où: : ngl d réfracon du rayon au nau d la r son rlés par la rlaon d SNELL-DESCRES suan : n sn ( 52) n 1 sn 2 Où : n 1 : ndc d réfracon asolu du mlu rarsé par l rayon ncdn ; n 2 : ndc d réfracon asolu du mlu rarsé par l rayon réfracé L coffcn d asorpon pour l rayonnmn dffus s calcul comm éan clu du rayonnmn drc ac un angl d ncdnc [25], = 60 D d - Pussanc asoré par la napp d au d 1 Rd d ( 53) D D d d 54 : son rspcmn ls coffcns d asorpon d la saumur pour l rayonnmn drc l rayonnmn dffus D D (55) c: : Coffcn d asorpon d la saumur (consan); : Coffcn d ransmsson d la saumur; R (56) R : Coffcn d réflxon d la saumur, l s calcul par la rlaon: 35

48 Chapr II Éud héorqu du dsllaur solar R sn sn 2 2 g g 2 2 ( ) ( ) ( 57) Où : : ngl d réfracon, calculé slon la rlaon: n arcsn n 1 3 sn ( 58) Où : n 1 : Indc d réfracon d l ar; n 3 : Indc d réfracon d la saumur : Coffcn d asorpon du ac asoran D L coffcn d asorpon pour l rayonnmn dffus d ar par rappor à - Pussanc asoré par l ac asoran : S s l coffcn d asorpon du ac asoran, on dédu la pussanc P : D D d d 1 1 R d ( 59) 36

49 Chapr III Dsllaur solar ac sysèm d préchauffag C chapr s consacré à l éud héorqu d un dsllaur solar couplé ac un sysèm d préchauffag (capur solar), nous éalrons l lan hrmqu au nau d chaqu par du dsllaur solar l capur solar

50 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag Chapr III: Dsllaur solar ac sysèm d préchauffag II1 Inroducon : Dans c par nous aons un sysèm prman d amélorr la prformanc d un dsllaur solar Plusurs chnqus son sés pour l augmnaon d la mpéraur d l au dans l assn à l aassmn d la mpéraur d la courur ransparn [26, 27, 28,29 30]; (la producon du dsllaur dépnd du gradn d mpéraur qu xs nr la mpéraur d l au dans l assn la courur ransparn) Dans nor cas, nous aons chos un capur solar comm sysèm d préchauffag III2 Ls capurs solars : L capur solar plan s un sysèm hrmqu qu prm la conrson d l énrg solar n énrg calorfqu, la chalur rçu d c conrson s so ulsé drcmn (cas d chauffag), so ll mêm conr n énrg mécanqu par l nrmédar ds cycls hrmodynamqus Son prncp d fonconnmn s asé sur l ff d srr qu conss à pégr l rayonnmn solar, c drnr arr au nau d la courur l rars pour andr un surfac rêu d un pnur nor, applé asorur L asorur asorr ans un grand par du rayonnmn solar nraînan un augmnaon d sa mpéraur L rayonnmn réfléch par l asorur arr sur la r comm cll-c s opaqu aux rayonnmns nfrarougs, l rayonnmn s ans pégé III21 Classfcaon dscrpon ds capurs solars : on class ls capurs solars slon : III211 L flud ulsé : L ar consu un class d cs fluds l au un aur Naurllmn l n xs d aurs ls qu ls (hydrocarurs, hydrocarurs halogénés ) 37

51 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag a) L capur solar à au : On pu dsngur dux yps d sysèm [7] : L sysèm d crculaon à ass prsson l sysèm d crculaon à hau prsson - L sysèm à ass prsson : on mplo c sysèm pour l chauffag ds pscns, l chauffag d au ndusrll pour l chauffag dans ls foyrs domsqus d crans régons du mond Dans cs sysèms, l suff d un flm plasqu mnc comm résror pour l au, l plasqu do cpndan êr suffsammn épas pour supporr ls conons amosphérqus - L sysèm à hau prsson : dans c sysèm, l crcu d au s généralmn consué d us n cur d plaqu méallqu qu augmnn la surfac d asorpon n collconn plus d calors qu dans l cas précédn Ls als son normalmn n acr, n alumnum ou n cur, ayan ds épassurs d l ordr d 025 mm pour l cur, 05 pour l alumnum 2 mm pour l acr, à caus ds dfférncs d conducé hrmqu L spacmn nr ls us dépnd d l épassur ds als sorur nor Rayonnmn solar ncdn Courur ransparn Courur ransparn Sor d flud sorur Enré du flud us Isolaon Corps Fgur III1: Vu n coup d'un capur plan 38

52 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag ) L capur solar a ar : C yp d capur s rès smpl, l s consué d un couch asoran à dos solé, rfrod par un couran d ar crculan nr l asorur un courcl d rr On pu augmnr sa surfac d échang d chalur so n donnan un pouor émssf élé au dos d l asorur so n donnan à l asorur un surfac sré ou ranuré (fgur III2) Rayonnmn solar Sor d ar chaud Vrag sorur nor ranur Isolaon Enré d ar frod Fgur III2 : Capur à ar ac asorur ranuré Dans nor cas nous aons chos un capur solar à au comm sysèm d préchauffag, III22 Paramèrs d fonconnmn : Ls paramèrs d fonconnmn du capur solar son : III221 Paramèrs xrns : - Paramèr d nsolllmn - La mpéraur xérur - La ss du n sur l capur 39

53 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag III222 Paramèr nrn : - Paramèr d poson : l nclnason l ornaon - Dmnsons d capur : l épassur, la longuur, la largur la surfac récprc - La scon d passag du flud III23 Compormn hrmqu du capur : La pussanc ul : ( 1) : La mpéraur d l nré du flud : L ffcacé gloal d l échang hrmqu du capur é é ( 2) ( 3) : éan l épassur d la soudur, xprmé n (m) : La largur d la soudur, n (m) : La conducé hrmqu d la soudur, n (W/mk) Nous défnssons l rndmn d l al F par la rlaon suan : 2 2 ( 4) ( 5) : éan la conducé hrmqu du plan (W/m C) : L épassur d l asorur (m) : La dsanc nr ls us (m) : L damèr xérur du u (m) 40

54 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag Ls prs : Ls déprons hrmqus du capur son donnés sous la form suan : ( 6) Ls prs par arrèrs (par l fond) du capur son dus à la conducon par l solaon arrèr, l coffcn ds prs arrèr par uné d surfac s écr comm su: ( 7) : Conducé hrmqu d l solan : Épassur d l solan Dans la praqu, la rlaon ds prs laérals par uné d surfac s :, ( 8), : Conducé hrmqu d l solan laéral : Epassur d oîr : Pérmèr du oîr : Epassur d l solan laéral L coffcn ds prs d aan s défn comm su : :_ :_ :_ :_ ( 9) :_ : Coffcn d échang par rayonnmn nr la r l cl :_ : Coffcn d échang par rayonnmn nr la plaqu la r :_ : Coffcn d échang par concon nr la r l amanc :_ : Coffcn d échang par concon nr la plaqu la r 41

55 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag III24 Exprsson ds dfférns coffcns d ransfr d chalur : Ls coffcns d échang :_, :_ :_ ; son calculés d la mêm façon qu cux d un dsllaur solar, sauf pour :_ qu pu êr calculé comm su : :_ 114 : Espac nr la r la plaqu (m) ( 10) L échang d chalur nr l u l au s fa par concon forcé, on pourra ulsr ds corrélaons, nan comp ds nomrs admnsonnls suan : Vd υ Vdρ µ ( 11) ( 12) : Nomr d Rynolds : Nomr d Graz ρ: La mass olumqu du flud (Kg/m 3 ) d: L damèr du condu (m) µ: La scosé dynamqu (Kg/ms) υ: La scosé cnémaqu (m 2 /s) : La longuur du condu (m) V: La ss moynn du flud (m/s) Pour un écoulmn lamnar 2100 S 100 Nu Gz Gz / µ µ ( 13) 42

56 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag S 100 Nu 186 Gz µ µ Gz / ( 14) Pour la zon ransor Nu 0116 R / 125 Pr / 1 d / L µ µ Gz / ( 15) Pour l écoulmn uruln /3 µ 014 a µ p ( 16) c : µ : La scosé dynamqu d l au à la mpéraur consdéré ; µ : La scosé dynamqu d l au au nau d la paro à la mpéraur consdéré III3 Dscrpon du modèl : C modèl concrn l capur à smpl rag couplé ac un dsllaur smpl (Fgur III3), l s consué par [30] : Un r sur sa fac aan (pour l capur l dsllaur) Un plaqu méallqu pn n nor ma sran d asorur Un solan sur ss facs arrèr laérals (pour l capur l dsllaur) Un oîr n os connan l l'nsml ds élémns Dux anns qu ulsn n cas d noyag Un uyaur qu prm d ransporr l flud caloporur du capur rs l dsllaur Un résror d almnaon Un flour qu prm d réglag l dé La crculaon d l au nr l capur l dsllaur s fa naurllmn 43

57 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag II31 Hypohèss smplfcarcs : Ls hypohèss smplfcarcs son ls mêms qu pour l sysèm sans préchauffag, plus ls hypohèss suans : - Ls Prs d chalur nr l capur l dsllaur solar son néglgals - La mpéraur d l au à la sor du capur solar s égal à la mpéraur d l au à l nré du dsllaur solar La uyaur Fgur III3 : Dsllaur solar ac sysèm d préchauffag III4 Dscrpon ds équaons du modèl : III41 Pour l Dsllaur solar : Ls équaons d ransfr ac un sysèm d préchauffag son ls mêms qu clls écrs sans l sysèm d préchauffag, sauf clls qu son écrs au nau d la saumur - u nau d la saumur : M Cp d Q ( 17) c: _ Qc : _ Qap Qr: _ md Cp appon 44

58 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag III42 Pour l capur solar : - La fac xérur d la r : 2 2 :_ :_ :_ ( 18) - La fac nérur d la r : 2 2 :_ :_ :_ ( 19) - u nau d l asorur : :_ : :_ :_ ( 20) - u nau d u : :_ :_ :_ :_ ( 21) - u nau d flud caloporur : :_ :_ :_ ( 22) - La fac nérur d l solan : 45

59 Chapr III dsllaur solar ac sysèm d préchauffag :_ : :_ ( 23) - La fac xérur d l solan : 2 : :_ :_ ( 24) :_ : La surfac d la joncon u-plaqu : La sur fac d conac u-flud : La surfac d u : Surfac fc d écoulmn d au sur l solan c : :_ 4 ( 25) ( 26) ( 29) ( 28) 46

60 Chapr IV Smulaon du sysèm C chapr s consacré à la résoluon numérqu applcal à la smulaon du dsllaur ac sans préchauffag, l chox d la méhod

61 Chapr IV Smulaon du sysèm Chapr IV : Smulaon du sysèm IV1Prncp d smulaon : Pour l régm ransor, la smulaon la plus rgourus cll du pas à pas, qu rnd comp d l éoluon ds mpéraurs d ous ls élémns du dsllaur dans l mps dans l spac Ls donnés mééorologqus pronnn ds fchrs (ss du n mpéraur aman) ou d formuls approchés (mpéraur du cl) C méhod nécss ds calculs numérqus qu rndn ndspnsal l usag d l ordnaur La scond démarch s cll su par [34] Ell suppos qu l régm s prmann qu ls élémns du dsllaur s roun chacun à un mpéraur moynn consan C approch néglg ls ffs ransors mas ll consu un oul commod pour un calcul d concpon, n qu l fall, là auss, procédr à ds éraons Ls donnés mééorologqus son raés comm précédmmn IV2 Programm : L programm nformaqu élaoré s écr n MLB (Vrson 65) Il su ls démarchs suans : 1) La prmèr éap conss à calculr ls dfférns échangs hrmqus qu son ndépndans d la mpéraur : Ls coffcns d échang hrmqu par conducon à rars la courur, l ac asoran l solan Ls coffcns d échang hrmqu dû au n 2) On calcul, à chaqu hur d la journé : L rayonnmn solar frappan un plan horzonal un plan nclné La pussanc asoré par la r, l ac asoran, la saumur la mpéraur aman la mpéraur du cl 47

62 Chapr IV Smulaon du sysèm 3) On suppos qu ls dfférns composans du dsllaur son à la mpéraur aman, sulmn la saumur l ac asoran son à ds mpéraurs supérurs à c drnèr, on calcul pour ls mpéraurs nals La mpéraur d la saumur s égal à la mpéraur d la sor d capur pour l sysèm ac préchauffag : Ls prssons parlls d la apur d au à la mpéraur d la saumur la prsson parll d la apur à la mpéraur du côé nérur d la courur ou du condnsur la mpéraur, on calcul ls propréés d la saumur : La mass olumqu La conducé hrmqu La scosé cnémaqu dynamqu La capacé hrmqu La chalur lan d aporsaon Calcul du coffcn d échang hrmqu par rayonnmn nr la r (côé xérur) la oû céls, nr la r (côé nérur) la saumur nr l solan (côé nérur) l sol Calcul du coffcn d échang hrmqu par concon nr : L ac asoran la saumur ; La saumur la r Calcul du coffcn d échang hrmqu par éaporaon nr la saumur la r Calcul ds élémns d la marc Résoluon du sysèm d équaon par la méhod d d éraon GUSS-SEIDEL 4) La rosèm éap s rprs ac ls mpéraurs onus 5) Calcul d : L ffcacé gloal L ffcacé nrn La prformanc 48

63 Chapr IV Smulaon du sysèm IV3 Méhod d Gauss Sdl [35] : Ls méhods éras son généralmn préférés pour ls grands sysèms lnéars Τ=B ; à marc crus parc qu lls n modfn pas la marc a qu dans un grand nomr d applcaons s crus présn un srucur parculèr (r dagonal, pna dagonal) c qu lu prm d n pas êr mémorsé xplcmn d assurr praqumn la conrgnc Dans ls méhods élémnars, la méhod Gauss Sdl s préféré, parc qu ll consomm mons d mémor conrg plus La méhod Gauss Sdl s un aran améloré d la méhod d Jaco Pour n n comprndr l prncp, l suff d rconsdérr la méhod d Jaco d or commn on pourra l amélorr On sa qu dans l cas général la méhod d Jaco s écr : 1, IV 1 Qu pu auss s xprmr : 1 IV 2 La méhod d Gauss Sdl s fondé sur la smpl consaaon slon laqull l calcul d nécss l ulsaon d,,, pronan d l éraon précédn Or, à l éraon, au momn du calcul d, on possèd déjà un mllur approxmaon d qu, à saor D mêm, au momn du calcul d, on pu ulsr Plus généralmn, pour l calcul d, on pu ulsr,,, déjà calculés ls,,, d l éraon précédn Cla rn à écrr : 1 IV 3 Suan la naaon nrodu pour la méhod d Jaco, la méhod Gauss-Sdl sous form marcll : 49