Récupération et stockage de la chaleur à partir d’un étang solaire

Abstract

Les étangs solaires sont des capteurs thermiques destinés à absorber et à stocker la chaleur solaire pour la restituer à un fluide caloporteur. Au cours de ces processus d'échange de chaleur une meilleure façon de transférer l'énergie thermique est un aspect très important dans ce but on utilise dans notre travail des nouveau matériaux de taille nanométrique dispersé dans les fluides de base, ces nanofluides sont introduites dans le bassin solaire .Ce dernier va améliorer l’efficacité du bassin, en raison de ces caractéristiques d’absorption solaire et de transfert thermique de meilleure qualité. Nous proposons dans ce travail d'étudier numériquement l’effet de nanofluide sur deux systèmes de transfert de chaleur, deux types de bassins solaires sont étudiés ; un étang solaire peu profond et un étang solaire à gradient de sel, examinons l’amélioration d’échange de chaleur au niveau de ces deux systèmes. La résolution numérique de l'équation de la chaleur a été réalisée par la méthode des différences finies en utilisant le schéma explicite, à l'aide d’un code Fortran et validé via un code COMSOL_MULTIPHYSICS fondé sur la méthode des éléments finis.

Pour l’étang peu profond, l'effet de la concentration en nanofluides et des conditions extérieure telle que l'intensité du rayonnement solaire et le coefficient de transfert de chaleur a été examiné. Les résultats numériques sont validés avec un modèle expérimental réalisé en station des énergies renouvelables au sein de l'université Constantine01. Avec un coefficient d'extinction plus élevé pour les nanofluides TiO2, nous avons trouvé une absorption plus élevée du rayonnement solaire par rapport aux nanofluides Al2O3 pour toutes les concentrations et par rapport à l’eau. Le deuxième modèle à élaborer est un bassin solaire à gradient de sel (SGSP) basée sur trois solutions salines différentes : NaCl, Na2CO3 et CaCl2. À fin d'étudier l'effet des nanoparticules d'oxyde métallique nous examinons l’utilisation du d’Al2O3 et du TiO2 sur le profil de température et la performance énergétique du (SGSP). L'énergie totale stockée dans la solution saline de NaCl et de CaCl2 à base d'alumine et de Titane était respectivement 2,34 et 1,87 fois que l'énergie stockée en bassin classique à base des sels, avec une énergie stockée de 9,9 MJ et 10,41MJ. Alors que dans le cas de Na2CO3, NaCl et le bassin d'eau, l'énergie de stockage thermique était respectivement de 8,56 ; 8,15 et 6,62 MJ, ce qui implique un grand gain d'énergie. Nous simulons le problème de transfert thermique au niveau de un’échangeur de chaleur avec le logiciel de Comsol, nous concluons qu’une faible vitesse d'écoulement reste la solution la plus pratique pour un transfert laminaire stable de l’étang, enfin le transfert convection-conduction reste plus important au milieu du canal et à la sortie de l’échangeur.