Etude Numérique de l’application des Nanofluides dans l’amélioration du Transfert Thermique dans les Capteurs Solaires
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Date
2017-05-09
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Abstract
الملخص (بالعربية) :
من خلال هذه الأطروحة قمنا بدراسة محاكاة عددية ثلاثية الأبعاد لكيفية تحسين النقل الحراري داخل أنبوب تجميع الطاقة الشمسية في ظل التدفق المضطرب باستعمال تقنية التسخين الغير موحد.
استعملنا طريقة الأحجام المنتهية لتحليل المعادلات الرياضية (معادلة الاستمرار، كمية الحركة والطاقة). النتائج المحصل عليها تطابقت مع الموجودة في المراجع العلمية.
عبر هذه الدراسة، قمنا بمعاينة تأثير الشكل الهندسي للأنبوب في النقل الحراري ، كما درسنا أيضا تأثير تواجد الجزيئات الصلبة الصغيرة (نانو جزيئات) في السائل الناقل للحرارة على خصائص النقل ، قارنا النموذج المتجانس و الغير متجانس.
ترجمت النتائج المحصل عليها على شكل بيانات لتغير رقم نيوسالت ومعامل الاحتكاك وكذلك توزيع كل من الحرارة و السرعة. أثبتت النتائج أن التبادل الحراري يتحسن بإضافة حواجز داخل الأنبوب.
أما النموذج بطبقة واحدة يختلف تماما عن نموذج الطبقتين. إضافة 1 % من النانوجزيئات تساهم في تحسين النقل الحاري كما أن نوعية و حجم الجزيئات تلعب دورا ملحوظا في التبادل الحراري. من جهة أخرى، مزج نوعين مختلفين من النانوجزيئات يساهم في نقل حراري أفضل.
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Résumé (Français) :
Dans la présente thèse, on a mené une investigation numérique en trois dimensions de l’amélioration du transfert thermique dans les capteurs solaire cylindro-parabolique, sous un régime turbulent en utilisant un flux thermique non-uniforme distribué sur la paroi externe de tube absorbeur. Au niveau de cette expérimentation numérique, la géométrie du modèle utilisé a été dessinée et maillée dans le préprocesseur GAMBIT et la simulation numérique était performée en utilisant le code de calcul FLUENT. Les résultats numériques ont été comparés et validés avec les corrélations empiriques existant dans la littérature et un bon accord a été obtenu. A travers cette étude on traite l’effet de la géométrie de l’absorbeur sur le transfert thermique ; l’effet de l’inclusion des nanoparticules sur les caractéristiques thermique ainsi que la différence entre le modèle physique à une seule phase et celui à deux phases.
Les résultats obtenus de cette étude sont interprétés et discutés en termes de la variation du nombre de Nusselt et le coefficient de perte de charge ainsi que la distribution de la température et de la vitesse d’écoulement. Les résultats prouvent que le transfert thermique s’améliore en incorporant des inserts dans le tube absorbeur d’un capteur cylindro-parabolique. Les résultats de simulation montrent que le modèle homogène n’est pas compatible avec celui de deux-phase, ce qui nous a conduit à comparer les résultats avec ceux calculés par des corrélations expérimentales disponibles en littérature, cette comparaison a prouvé que le modèle à une seule phase est loin d’être satisfaisant en comparaison avec les modèles à deux phases. D’autre part, l’inclusion de 1% des nanoparticules contribue à l’augmentation du transfert de chaleur, en plus le type et la taille des nanoparticules utilisées ont un effet remarquable sur le transfert thermique, en outre, la combinaison de deux type de nanoparticules suspendues dans le fluide de base améliore les propriétés thermo-physiques de ce mélange et par conséquent l'augmentation du transfert de chaleur.
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Résumé (Anglais) :
In this thesis, a three-dimensional numerical investigation of the improvement of heat transfer in parabolic trough solar collector was carried out under a turbulent flow using a non-uniform heat flux distributed over the absorber tube outer wall. At the level of this numerical experiment, the geometry of the model used was drawn and meshed in the preprocessor GAMBIT and the numerical simulation was performed using the FLUENT calculation code. The numerical results were compared and validated with the empirical correlations existing in the literature and a good agreement was obtained. Through this study, the effect of the geometry of the absorber on heat transfer is discussed; the effect of the inclusion of nanoparticles on the thermal characteristics; the difference between the single-phase physical model and the two-phase physical model. The results obtained from this study are interpreted and discussed in terms of the evolution of Nusselt number and the friction factor as well as the distribution of temperature and the velocity field. The results show that the heat transfer improves by incorporating inserts in the absorber tube of a parabolic trough solar collector. The simulation results show that the homogeneous model is not compatible with the two-phase model, which led us to compare the results with those calculated by experimental correlations available in the literature, this comparison proved that the model at one Phase is far from satisfactory in comparison with the two-phase models. On the other hand, the inclusion of 1% of the nanoparticles contributes to the increase of the heat transfer, in addition the type and the size of the nanoparticles used have a remarkable effect on the heat transfer, in addition, the combination of two types Of suspended nanoparticles in the base fluid improves the thermo-physical properties of this mixture and consequently the increase in heat transfer.
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Doctorat
