Amélioration des échanges thermiques dans l’absorbeur d’un concentrateur solaire cylindro-parabolique

Abstract

Ce travail est une étude numérique de l’écoulement et le transfert de chaleur dans une conduite cylindrique représentant l’absorbeur du concentrateur solaire cylindro-parabolique. Notre objectif est l’amélioration des échanges thermiques entre la paroi interne du tube absorbeur et le fluide caloporteur. Nous avons utilisé une technique passive en proposant l’attachement d’ailettes longitudinales le long de la paroi interne du tube, dans sa partie inférieure uniquement où le flux thermique solaire est concentré. Une étude paramétrique sur les dimensions optimaux et le nombre d’ailettes optimal a été considérée. L'augmentation de la hauteur des ailettes conduit à une diminution de la température maximale de la paroi du tube absorbeur de 4.7 % et à une augmentation du nombre de Nusselt à 2.5 fois, de l'efficacité thermique de 24.76 % et du coefficient de frottement à 2 fois. La hauteur optimale est de 15 mm. D’autre part, l'efficacité thermique augmente de 34.54 % et l'indice d'amélioration thermique de 60 % lorsqu’on fait augmenter l'épaisseur des ailettes. L’épaisseur optimale des ailettes est de 6 mm et leurs nombre optimale est 7. Pour les dimensions optimales des ailettes, l’échange thermique entre le fluide caloporteur et la paroi du tube absorbeur est ‘1.8’ fois plus intense (soit 80 % plus élevé) que le cas du tube lisse. In this work, flow and h eat transfer in a finned absorber tube of a parabolic trough collector is studied Numerically. T he main objective of this work is the heat transfer enhancement in the absorber using a passive technique by attachment of longitudinal fins along the inner wall of the absorber tube, in its lower part only where the solar heat flux is concentrated The results indicate that the insertion of the longitudinal fins in the lower part of the tube improves the heat transfer in the absorber A parametric study on the optimal dimensions and the optimal number of fins was considered. The increase in the fins height leads to a decrease in the maximum temperature of the absorber tube by 4.7 % and to an increase in the Nusselt number to 2.5 times, in the thermal efficiency by24.76 % and in the friction factor to 2 times. The optimum height value is 15 mm. On the other hand, the thermal efficiency increases by 34.54 % and the thermal improvement index by 60 % when increasing the thickness of the fins. The optimum fin thickness is 6 mm. and their optimum number is 7. For the optimum fins parameters, the heat transfer is 80 % higher than the smooth tube case. هذا العمل عبارة عن دراسة عددية للجريان و انتقال الحرارة في أنبوب اسطواني يمثل الأنبوب الماص للمركز الشمسي المكافئ. هدفنا هو تحسين التبادل الحراري بين الجدار الداخلي لأنبوب الامتصاص وسائل نقل الحرارة. استخدمنا تقنية سلبية من خلال اقتراح ربط الزعانف الطولية على الجدار الداخلي للأنبوب في الجزء السفلي منه فقط حيث يتركز تدفق الحرارة الشمسية.تم النظر في دراسة بارا مترية للابعاد المثلى و العدد الأمثل للزعانف. تؤدي الزيادة في ارتفاع الزعانف إلى انخفاض درجة الحرارة القصوى لجدار الأنبوب الماص بنسبة 4.7%، و الى زيادة رقم نيسلت الى 2.5 مرة و في الكفاءة الحرارية بنسبة 24.76 % ، و في معامل الاحتكاك الى مرتين. الارتفاع الأمثل هو 15 مم. من ناحية أخرى تزداد الكفاءة الحرارية بنسبة % 34.54 و مؤشر التحسين الحراري بنسبة 60 % عند زيادة سمك الزعانف. سمك الزعانف الأمثل هو 6 مم. العدد الأمثل للزعانف هو 7. بالنسبة للابعاد المثلى للزعانف يكون التبادل الحراري بين سائل نقل الحرارة و جدار أنبوب الامتصاص أكثر بمقدار 1.8 مرة(اي 80 % اعلى) مما في حالة الأنبوب السلس.