Effet de la géométrie de l’échangeur de chaleur sur les performances d’un réservoir de stockage thermique solide

Abstract

Dans ce travail de mémoire, nous avons mené une étude théorique et numérique en vue de quantifier les performances d’une unité de stockage en utilisant le sable comme milieu de stockage. Dans le but d’analyser l’effet de la géométrie de l’échangeur de chaleur qui fait circuler le fluide caloporteur sur les performances de stockage, différentes configurations ont été testées. L’analyse thermique a été réalisée à travers une simulation numérique via le logiciel COMSOL Multiphysics. La simulation 2D a montré que l’échangeur de chaleur de section triangulaire est plus performant en terme de temps de chargement en comparaison avec les autres formes considérées (circulaire, carrée, et elliptique). Pour la simulation 3D, trois formes de l’échangeur ont été investiguées (tubes, serpentin, et spirale). Un gain en performance a été obtenu par la configuration spirale في هذه المذكرة، أجرينا دراسة نظرية ورقمية لمعرفة أهمية التخزين الحراري داخل خزان ذو شكل مكعب ، مع استعمال الرمل كوسط للتخزين الحراري وقد اخذت أربعة اشكال هندسية مختلفة لمقطع المبادل الحراري : دائري، مثلثي، قطع ناقص ومربع، و كل لديه نفس الخصائص الفيزيائية و الحرارية و نفس الحجم ، لأجل محاكتهم في مجال ثنائي البعد (2D) .واجرينا كذلك مقارنة بين ثلاثة اشكال من المبادلات الحرارية : اسطوانات متوازية ، أفعواني و حلزوني (لولبي) لمحاكتهم في المجال الثلاثي الابعاد (3D) وذلك باستخدامنا لبرنامج المحاكاة COMSOL Multiphysics. قمنا بعملية مقارنة بين الأشكال الهندسية السالف ذكرها ، حيث اظهرت النتائج تفاوت في درجات الحرارة ، زمن التحميل ، كمية الحرارة المخزنة و فعالية التخزين حيث تتغير بتغير الاشكال الهندسية للمبادلات الحرارية المدروسة . و ان المبادلات الاكثر فعالية هم المبدلات ذات المقطع المثلثي و الشكل اللولبي. The porpose of this master’s thesis is to study the effect of the heat exchanger geometry on the performances of the storage unit using sand as a storage media. The numerical simulation was conducted by using COMSOL Multyphisics. For the 2D simulation, various configurations was tested (circular, square, elliptical, and triangular). The results show that the triangular form is more efficient than the others. Moreover, a 3D simulation was conducted for three heat exchager geometries (tubes, serpentine, and spiral). With the spiral configuration a gain in performance was obtained.