Contribution à l'étude d'amélioration des performances thermiques des séchoirs solaires utilisant différentes techniques d'apport de chaleur

Abstract

Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique de la performance thermique d'un séchoir solaire direct. Différentes techniques d'apport de chaleur utilisant un échangeur de chaleur, un stockage de chaleur latente et un stockage de chaleur sensible ont été étudiées et discutées dans cette thèse. L’échangeur de chaleur a été placé délibérément au-dessus de la plaque absorbante afin de permettre la pénétration de l’air. De plus, une simulation numérique a été faite et les résultats ont été comparés à ceux de l'expérimental. Une couche plate de matériau à changement de phase (MCP) a été intégrée sous la plaque absorbante dans le but de stocker partiellement de l'énergie thermique à chaleur latente. Le MCP a été intégré avec différentes épaisseurs et différentes propriétés thermo-physiques. Une autre technique d'apport de chaleur basée sur le stockage de chaleur sensible a travers de l'intégration d'une couche plate d'un milieu poreux fracturé (lit de roches) au-dessus de la plaque absorbante a été testée. Plusieurs simulations numériques utilisant la méthode des volumes finis à l'aide d'un modèle instationnaire bidimensionnel implémenté sur le logiciel CFD Fluent ont été réalisées. Les résultats ont montré que l'intégration de l'échangeur de chaleur améliore considérablement les performances du séchoir solaire. Après le coucher du soleil et durant toute la nuit, la température de l’air de séchage reste importante et presque constante avec une valeur moyenne de 46 ° C. L'intégration de l'échangeur de chaleur assure la continuité du processus de séchage dans la nuit et même dans les journées nuageuses. De plus, les résultats du cas de l'intégration d'une couche de MCP ont montré une nette amélioration du comportement thermique, en particulier après le coucher du soleil. En dehors des heures ensoleillées, le MCP liquide fournira de la chaleur à l’absorbeur; c'est la chaleur utile du liquide de refroidissement en circulation. Par conséquent, le fluide caloporteur fournit toujours de la chaleur après le coucher du soleil. Cependant, la température de l'air de séchage augmente avec une valeur de 4 °C avec l'intégration du milieu poreux. Une analyse technico-économique du séchoir solaire a été réalisée en calculant le coût du cycle de vie (LCC), bénéfice du cycle de vie (LCB) et la période de récupération. Cette analyse prouve la faisabilité de notre séchoir solaire; Toutefois, le technique de l’apport de chaleur utilisant l’échangeur de chaleur à eau géothermique a été choisie comme la plus importante due a la période de retour d’investissement (0.9 an) obtenue avec l’utilisation de cette technique.