Etude d’amélioration de l’homogénéité du champ thermique dans un séchoir solaire en utilisant la méthode des plans d’expériences

Abstract

Dans la présente étude, des mesures expérimentales et une approche combinée entre la simulation numérique (CFD) en 2D et la méthode des plans d’expériences (MPE) a été appliquée dans le but d’optimiser la conception d’un séchoir solaire indirect non ventilé réalisé antérieurement au laboratoire (L.E.N.R.E.Z.A) de l’université de Ouargla. Ces travaux visaient à optimiser la conception de séchoir solaire afin de maximiser la vitesse de l'air à la sortie tout en améliorant la plage de température convenable pour le séchage, ainsi l’homogénéité de distribution du champ thermique dans la chambre de séchage. La méthode des surfaces de réponse (MSR) a été utilisée pour analyser les résultats et optimiser les paramètres suivants : (a) longueur de cheminée avec la plage entre 30 à 120 cm, (b) angle d’inclinaison entre 30° à 90°, (c) largeur de la lame d’air entre 5 à 15 cm, (d) formes de la chambre (rectangulaire ou coudée avec 45°) et (e) positions de la cheminée (centré, gauche et droite). Les résultats de l’optimisation révèlent que la vitesse maximale de l’air à la sortie et la température de séchage optimale et l’homogénéité acceptable dans la chambre sont obtenues avec une cheminée ordinaire de 30 cm de hauteur, 5 cm de lame d’air, un angle d’inclinaison de 52° et une forme de chambre coudée à 45° avec une cheminée positionnée au centre.

يعتبر هذا العمل امتدادا لدراسات سابقة؛ اعتمدت الدراسة فيه على المحاكاة العددية CFD بواسطة برنامج ANSYS fluent 18.1 مقرونة بطريقة المخططات التجريبية MPE المحققة بواسطة برنامج JMP14 . وقد عُنيَ هذا البحث بدراسة الحقل الحراري والديناميكي لمجفف شمسي غير مباشر على مستوى مخبر (LENREZA) بجامعة ورقلة ، بهدف تحسين توزع الحرارة داخل غرفة التجفيف وكذا تحسين كفاءته من خلال التحسين في سرعة استخراج الهواء ودرجة الحرارة المثلى للتجفيف. اخترنا طريقة المخططات التجريبية MPE ومنهجية سطح الاستجابة MSR لدراسة العوامل المؤثرة التالية: (أ): طول المدخنة في المجال ( 30سم-120سم) ، (ب): زاوية انحناء المدخنة في المجال ( °30- °90) ، (ج): فتحة الهواء على مستوى المدخنة في المجال ( 5سم – 15سم)، (د): شكل غرفة التجفيف ( مكعب أو مضيقة بـ °45 )، (هـ): موقع المدخنة (في الوسط، على اليمين، على اليسار). بعد اجراء المحاكاة العددية للتجارب التي أسفرت عنها المخططات التجريبية وجدنا تحسنا ملحوظا للاستجابات(réponses) المدروسة مقارنة مع المجفف قبل التحسين. حيث كانت أبعاد المجفف بعد التحسين كالآتي: ارتفاع المدخنة cm 30 بفتحة هواء عرضها 05 cm وبزاوية ميَلان 52 cm مما أثر إيجابا على سرعة الإستخراج وزيادة قيمتها الى 0.66 m/s وبشكل غرفة تجفيف مُضَيّقة في الأعلى وموقع المدخنة في الوسط مما حسّن من تجانس توزع الحرارة.