Contribution à la conception des séchoirs solaires à haute performance utilisant un outil de simulation couplé avec la méthode des plans d'expériences

Abstract

ABSTRACT Solar energy is a free and renewable source of energy that can be a suitable alternative to using fossil fuels in drying applications. The solar dryers are one of the best solutions to avoid the shortcomings of open sun drying and high energy consumption in industrial drying. Indirect type solar dryer (ISD) is commonly used type for fruits and vegetables because it allows better control of drying to achieve required temperature, retention of product color, nil damage to crops. The quality of the dried products varies significantly with the uniformity of velocity and temperature distribution in the drying chamber. Accordingly, optimizing the operating conditions and the dryer design is of significant importance to improve the drying uniformity. Moreover, the challenging step in the conception of solar dryers (SDs) is achieving a design that enables uniform airflow distribution. Hence, a considerable number of experiments needed to obtain the optimal SD design is extremely time-consuming as well as not efficient from an economic point of view. CFD can be the key to optimize the geometric shape and operating parameters with low cost and reduced time compared to physical experiments. At the optimal conditions the solar air heater parameters were 52°C, 51.78% and 1397.34 W for the outlet temperature, thermal efficiency, and improvement potential (IP) respectively. The ISD optimal design improved the thermal efficiency by 15.76% and IP by 19.33%. The air temperature uniformity was improved significantly, by 21.7 and 20.3%, for the mass flow rate of ṁ=0.0141 and 0.06 kg.s-1 , respectively, while it was marginally increased for ṁ=0.08 kg.s-1 خلاصة الطاقة الشمسية هي مصدر مجاني ومتجدد للطاقة يمكن أن يكون بديلاً مناسبًا لها استخدام الوقود الأحفوري في تطبيقات التجفيف. تعتبر المجففات الشمسية من أفضل الحلول التي يجب تجنبها أوجه القصور في التجفيف بالشمس المفتوحة والاستهلاك العالي للطاقة في التجفيف الصناعي. غير مباشر يشيع استخدام المجفف الشمسي من النوع (ISD) للفواكه والخضروات لأنه يسمح بشكل أفضل التحكم في التجفيف لتحقيق درجة الحرارة المطلوبة ، والاحتفاظ بلون المنتج ، وعدم إتلافه المحاصيل. تختلف جودة المنتجات المجففة اختلافًا كبيرًا مع توحيد السرعة و توزيع درجة الحرارة في غرفة التجفيف. تبعا لذلك ، تحسين التشغيل الظروف وتصميم المجفف لهما أهمية كبيرة لتحسين تجانس التجفيف. علاوة على ذلك ، فإن الخطوة الصعبة في مفهوم المجففات الشمسية (SDs) هي تحقيق التصميم التي تتيح توزيع تدفق الهواء بشكل موحد. وبالتالي ، هناك حاجة إلى عدد كبير من التجارب إن الحصول على تصميم SD الأمثل يستغرق وقتًا طويلاً للغاية كما أنه غير فعال من ملف وجهة نظر اقتصادية. يمكن أن يكون CFD هو المفتاح لتحسين الشكل الهندسي والتشغيل المعلمات بتكلفة منخفضة ووقت أقل مقارنة بالتجارب الفيزيائية. على النحو الأمثل كانت معاملات سخان الهواء الشمسي 52 درجة مئوية و 51.78٪ و 1397.34 واط للمخرج درجة الحرارة والكفاءة الحرارية وإمكانات التحسين (IP) على التوالي. ISD الأمثل حسّن التصميم الكفاءة الحرارية بنسبة 15.76٪ و IP بنسبة 19.33٪. درجة حرارة الهواء تم تحسين الانتظام بشكل ملحوظ ، بنسبة 21.7 و 20.3٪ ، لمعدل تدفق الكتلة عند ṁ = 0.0141 و 0.06 كجم

، على التوالي ، بينما تمت زيادتها هامشيًا لـ ṁ = 0.08 كجم