Simulation numérique des transferts thermiques dans un système de séchage solaire du bois

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1 Simulation numérique de tranfert thermique dan un ytème de échage olaire du boi Ahmed Khouya, Jaâfar Benabdelouhab, Abdelam Draoui To cite thi verion: Ahmed Khouya, Jaâfar Benabdelouhab, Abdelam Draoui. Simulation numérique de tranfert thermique dan un ytème de échage olaire du boi. Jean-Jacque BEZIAN. JITH 2007, Aug 2007, Albi, France. ENSTIMAC, 5p., <hal > HAL Id: hal Submitted on 29 Aug 2007 HAL i a multi-diciplinary open acce archive for the depoit and diemination of cientific reearch document, whether they are publihed or not. The document may come from teaching and reearch intitution in France or abroad, or from public or private reearch center. L archive ouverte pluridiciplinaire HAL, et detinée au dépôt et à la diffuion de document cientifique de niveau recherche, publié ou non, émanant de établiement d eneignement et de recherche françai ou étranger, de laboratoire public ou privé.

2 13ème Journée Internationale de Thermique SIMULATION NUMERIQUE DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS UN SYSTEME DE SECHAGE SOLAIRE DU BOIS Ahmed KHOUYA, Jaâfar BENABDELOUHAB, Abdelam DRAOUI Laboratoire d Energétique Equipe de Tranfert Thermique et Energétique, Univerité Abdelmalek Eaâdi - Faculté de Science et Technique de Tanger BP 416- Tanger Maroc ahmedkhouya3@yahoo.fr Réumé : Le auteur préentent une étude théorique ur un ytème de échage contitué d un capteur olaire à air de type multi pae muni d ailette et couplé à une cuve de tockage dan le condition climatique de la région de Tanger au Maroc. L étude et réaliée à partir de modèle mathématique obtenu par l écriture de loi de conervation de l énergie dan le différente compoante du ytème. De imulation ont été réaliée en exploitant de meure expérimentale du rayonnement olaire et de la température ambiante d un jour type à Tanger. Le réultat obtenu mettent en évidence l importance de la double circulation d air aini que l uage de ailette ur le performance du ytème de échage. Mot clé : Séchage olaire, Boi, Modéliation, Simulation, Performance. 1. INTRODUCTION L'intérêt de ce travail et l'étude d un échoir olaire à boi monté en érie à une cuve de tockage thermique alimenté par un capteur olaire. Concernant le capteur olaire à air, le rendement thermique peut être amélioré i on favorie l échange de chaleur entre la plaque d aborption et l air. Pour ce faire, nou avon propoé d augmenter la urface d échange entre l aborbeur et l air au moyen d une plaque d aborption munie d ailette. Un modèle numérique monodimenionnel décrivant tou le mode de tranfert thermique impliqué a été établi. Le condition d entrée thermique de l air intationnaire dan le ytème ont été prie en compte. Albi, France du 28 au 30 Août

3 13ème Journée Internationale de Thermique Fig. 1 : Séchoir olaire étudié L e H n P Fig. 2 : Ailette rectangulaire de longueur L, de pa P, d épaieur e, et de hauteur H. 2. MODELISATION DE L'UNITE DE GENERATION D'AIR CHAUD Bilan thermique de la vitre : A c E i. α v +h rabv.a c. (T ab -T v ) + h cvg1 A c (T g1 -T v ) - h rva.a c. (T v -T a ) h cva.a c. (T v -T a ) = 0 (1) Bilan thermique dan le fluide caloporteur de la conduite upérieure : D.C pg dt g1 S = a.h cvg1 (T v -T g1 ) +h caig1. [N ai. η 1.L ai + r ].(T ai - T g1 ) (2) dx L Bilan thermique de l aborbeur : A c.e i. τ v +h caig1.[n ai. η 1.S ai +S r ].(T g1 - T ai )+h cabg2 A c.(t g2 -T ab )-h rabv.a c.(t ab -T v )-h rabf.a c.(t ab -T f ) = 0 (3) Bilan thermique dan le fluide caloporteur de la conduite inférieure : -D.C pg dt g 2 = a.h cfg2 (T f - T g2 ) +a.h cabg2 (T ab -T g2 ) (4) dx Bilan thermique dan le fond iolant : h cfa. T a h cfg2. T g2 T = i (5) h cfa + h cfg2 Le condition aux limite aociée ont : en x = 0 ; T g1 = T a et en x=lc; T g1 = T g2 Le équation précédente ont été réolue par la méthode de Runge Kutta D ordre 4 3. BILAN THERMIQUE DANS L UNITE DE STOCKAGE L établiement du modèle du tock repoe ur le hypothèe implificatrice uivante : L iolation du tockage et uppoée uffiante pour que le perte thermique latérale oient négligeable durant le période de tranfert thermique entre le olide et le fluide. La vitee de l air et uniforme dè l entrée dan le milieu du tockage. Le phénomène et unidirectionnel. Le tock et un milieu poreux rempli de matériau granulaire à géométrie phérique uniforme. Albi, France du 28 au 30 Août

4 13ème Journée Internationale de Thermique Le hypothèe précédente conduient à : Avec : T f g C pg V ρ g v = λ eff 2 T T C ρ p = λ t eff 2 2 T f 2 + A.h ε1 (T T f ) A.h (T T f ) 1 ε1 (6) T λ T (y,0) = T Tf (0, t) = T (y,0) = T f 0 v eff (L, t) = h f (0, t) = T 4. METHODE DE RESOLUTION (T (0;t) T f g2 (x = Lc, t) (0, t) = λ eff T (L, t) (7) Le équation de tranfert obtenue dan le lit épai ont été réolue à l'aide d'une méthode aux différence finie implicite aociée à la technique de volume de contrôle. Le ytème algébrique obtenu a été réolu par la méthode itérative de Gau Seidel [1]. 5. RESULTATS DES SIMULATIONS: Evolution de la température de l air dan le capteur Le figure (3) et (4) montrent l évolution de la température de l air le long de on parcour dan la partie upérieure et inférieure du capteur double circulation munie d ailette. Nou noton à 14h00 TSV que la température de l air au point ( x = Lc ) du capteur avoiinait le 70 C et que celle de la ortie (x = 0 en ba) avoiinait le 116 C. La principale contatation et l écart important entre la température de retour du fluide au point ( x = Lc ) et la température de ortie ( x = 0 ). Cet écart et de l ordre de 46 C à 14h00 TSV [2, 3]. Fig. 3 : Evolution de la température de l air à l aller dan le capteur en fonction de l abcie : D=0.028Kg/, Lc=1m, V=1m/ Fig. 4 : Evolution de la température de l air au retour dan le capteur en fonction de l abcie : D=0.028Kg/, Lc=1m, V=1m/ Albi, France du 28 au 30 Août

5 13ème Journée Internationale de Thermique Evolution de température dan l unité de tockage Nou avon repréenté ur le figure (5) et (6) le évolution repective de la température de l air, de celle du matériau du tockage en fonction du temp pour différent niveaux du lit. On oberve une montée en température pour le première tranche entre 6h00TSV et 14h00TSV. Ceci peut expliquer par le fait qu en raion de l augmentation de la denité du flux olaire incident dan la matinée, la température de l air à la ortie du capteur et contamment croiante. Pour le autre tranche, cette montée en température effectue d autant plu lentement que l on éloigne de l entrée du tock. Le modèle mathématique traduit aini l effet de l inertie thermique du volume de tockage [4, 5, 6]. Par contre dan l aprè midi, la diminution progreive de la température de l air en ortie du capteur, provoque un refroidiement de la zone d entrée du tock et le fluide travere le tock de la partie la plu chaude ver la partie la plu froide. La zone la plu chaude cède peu à peu toute on énergie tockée au profit de la zone la plu froide. Nou obtenon alor à la ortie du tock, une température du fluide qui augmente progreivement au cour du temp pour atteindre un maximum aux alentour de 18h00TSV et pui diminuer à nouveau. Fig. 5 : Evolution de la température de l air dan l unité de tockage à différent niveaux du lit en fonction du temp : D=0.028Kg/, Lc=1m, V=1m/ Fig. 6 : Evolution de la température du matériau de tockage à différent niveaux du lit en fonction du temp : D=0.028Kg/, Lc=1m, V=1m/ 6. CONCLUSION Cette étude a porté ur la imulation numérique de performance d une cuve de tockage thermique couplée à un capteur olaire double circulation d air muni d ailette. Une telle caractériation et trè intéreante car elle permet la bonne compréhenion de mécanime ayant lieu dan le unité étudiée pour le dimenionnement du échoir utilié. Nou avon aini procédé à une modéliation fine de tranfert de chaleur dan le principale compoante du capteur olaire et dan l unité de tockage. Cette étude a montré que l uage de ailette dan l aborbeur aini que la double circulation demeure de moyen Albi, France du 28 au 30 Août

6 13ème Journée Internationale de Thermique efficace pour l amélioration de performance d un capteur olaire couplé à une unité de tockage. Nomenclature A : Taux de urface d échange dan le lit de tockage (m 2 /m 3 ) a : Largeur du capteur en (m) C p : Chaleur pécifique du matériau de tockage (J/Kg. C) D eff : Coefficient de diffuion du matériau de tockage (m²/) D : Débit maique d air dan le capteur (Kg/) E i : Energie olaire incidente en (W/m 2 ) h caig1 : Coefficient de tranfert de la chaleur entre l ailette et l air (W/m 2.K) h cabg2 : Coefficient de tranfert de la chaleur entre l aborbeur et l air (W/m 2.K) h i : Coefficient de tranfert convectif (W/m 2.K) h : Coefficient de tranfert de chaleur par convection entre le matériau de tockage et l air (m/). N ai : Nombre d ailette encatrée dan l aborbeur Lc, L : Longueur de l ailette, du lit de tockage (m) TSV : Temp Solaire Vrai T ab, Tv : Température de l aborbeur de la vitre ( C) T 0 : Température de référence (C ) V : vitee du vent en (m/) S ai : Surface de ailette (en m) S r : urface retante de ailette (en m²) τ v : Tranmitivité de la vitre β : Coefficient d aborption du rayonnement olaire ε 1 : Poroité du lit de tockage η : Efficacité de l ailette 1 λ eff : Conductivité thermique du lit de tockage (W/m. C) λ ai : Conductivité de l ailette (W/m. C) Référence [1] A Zerrouki, Modéliation de perte thermique dan un capteur olaire plan à air a deux pae Rev. Energ. Ren. Vol. 5 (2002), pp [2] F.Mokhtari, Etude de la variation de la température de la plaque aborbante pour différent capteur olaire à air, Rev. Energ. Rev. : 11 éme Journée Internationale de Thermique (2003), pp [3] A. Zaid, Amélioration de performance de capteur olaire plan à air : application au échage de l OIGNON JAUNE et du HARENG, Rev. Energ. Ren. Vol. 4(2001), pp [4] A. Benmanour, Simulation du Stockage de l'energie Thermique dan un Lit Fixe de Sphère Contenant un Matériau à Changement de Phae, Rev. Energ. Ren. Vol.4 (2001), pp [5] S. Aboul-Enein, A.A. El-Sebaii, M.R.I. Ramadan, H.G. El-Gohary, Parametric tudy of a olar air heater with and without thermal torage for olar drying application, Renewable Energy 21 (2000), pp [6] M.A. Karim, M.N.A. Hawlader, Development of olar air collector for drying application, Energy Converion and Management 45 (2004), pp Albi, France du 28 au 30 Août