étude numérique de l'écoulement dans un collecteur solaire à tubes sous vide ouverts des deux côtés

Le Canada possède un potentiel d’ensoleillement important, ce qui permet de prévoir des installations solaires à travers tout le pays. En outre, 80% de la consommation d’énergie résidentielle est consacrée à la production de chaleur pour l’eau chaude domestique et au chauffage des locaux (Sibbitt et al., 2007). Cette production de chaleur pourrait être fournie par des collecteurs solaires à tubes sous vide qui ont de meilleures performances que celles des collecteurs solaires plans lorsque la température est supérieure à 70-80 oC dû à leur forte isolation. L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’écoulement d’eau dans un collecteur solaire à tubes sous vide ouverts aux deux extrémités. L’étude est faite numériquement à l’aide du logiciel ANSYS Fluent 14.0. Le fluide entre par un plénum froid, se partage dans les différents tubes sous vide pour se chauffer par le rayonnement solaire incident, et finit par sortir à travers un plénum chaud. La faiblesse de ce modèle de collecteur de base est qu’il n’offre pas un partage équilibré de l’eau dans les différents tubes sous vide. Avant de discuter les résultats de prédiction de l’écoulement dans le collecteur solaire en question, il est nécessaire de valider l’utilisation de ce code en comparant les résultats obtenus avec d’autres résultats théoriques. Les résultats sont comparés aux résultats obtenus par Jones et Lior (1994). Un bon accord a été trouvé entre les résultats produits par les deux méthodes. La distribution d’eau dans le collecteur solaire est quantifiée en se basant sur un paramètre Ω qui est un facteur qui "mesure" le degré d’uniformité. Pour la géométrie de base (configuration en Z) et pour un débit massique égal à 0,10 kg/s, Ω est égal à 99,17 %. Plusieurs paramètres géométriques, tel que la longueur des tubes, le rapport des diamètres, r, et l’espacement entre les tubes ont été variés pour étudier leur impact sur la distribution. Aussi, le changement des positions d’entrée et de sortie d’eau a montré que la configuration en U offre plus d’uniformité de la distribution dans le collecteur solaire. Finalement, la solution préconisée pour améliorer davantage la distribution de l’écoulement consiste à rétrécir linéairement le plénum froid. Ainsi le facteur Ω augmente. Il passe de 99,17 % pour la géométrie de base à 99,80 %.

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