Étude de l’amélioration des échanges thermiques dans les tubes courbés longitudinalement. Application aux capteurs solaires à concentration linéaire
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Date
2024
Authors
CHERIET Kamel
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Abstract
Ce travail de thèse porte sur la caractérisation numérique et expérimentale des tubes échangeurs
courbés longitudinalement en forme de C cycliquement inversés (TCL). Dans un premier temps, une
étude numérique des performances thermiques des TCL est réalisée afin de délimiter les frontières
entre les tubes échangeurs courbés hélicoïdalement (TCH) (coils en anglais) et les TCL. À travers
cette étude comparative numérique, nous avons tenté d’identifier si les corrélations empiriques du
nombre de Nusselt (Nu) et du coefficient de frottement (f), développées explicitement pour les TCH,
pourraient être appliquées aux TCL. Les premiers résultats des simulations ont révélé un bon accord
pour le nombre de Nusselt, tandis que le facteur de frottement semble dépendre de plusieurs autres
paramètres, à l'image du rapport d'amplitude, défini explicitement dans cette première partie de la
thèse.
Suite aux résultats encourageants de l’étude numérique, nous sommes passés à un niveau
supérieur dans le long chemin de la caractérisation thermo-hydraulique des configurations TCL
(Tube courbé Longitudinalement) en C cycliquement inversés, celui de la mise en place d’un
dispositif expérimental pour l’étude thermo-hydraulique des écoulements et l’établissement de
corrélations pour le nombre de Nusselt et le coefficient de frottement. Étant donné l'indisponibilité
de ces configurations sur le marché national, le premier pas consiste donc à réfléchir à la manière de
réaliser d’une façon idéalement lisse, sans aucun pli, cette forme de tubes courbés. À cette fin, une
étude du procédé de formage des tubes en acier inoxydable pour obtenir ce type de forme a été
réalisée. La finalité de cette partie est de présenter la méthodologie engagée dans l’étude, la
conception et la construction d’une cintreuse plane de tubes en acier inoxydable, pour le formatage
courbé longitudinale en C cycliquement inversés.
Une fois les configurations TCL de différentes tailles obtenues dans le dispositif conçu à cet effet,
une étude expérimentale est engagée pour analyser les échanges de chaleur produits par ces
configurations. De l’eau distillée est utilisée comme fluide caloporteur. À travers la mesure de
températures, de pressions, de débits et de puissances de chauffe, des courbes caractérisant le nombre
de Nusselt et le coefficient de frottement ont été élaborées.