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Etude numérique comparative entre deux types de chicanes et ailettes (rectangulaire et rectangulaire arrondie) utilisées pour améliorer les performances des capteurs solaires plans à air

Y. Menni, A. Azzi and C. Zidani

Unité de Recherche des Matériaux et Energies Renouvelables, URMER Département de Physique, Faculté des Sciences, Université Abou Bakr Belkaid B.P. 119, 13000 Tlemcen, Algeria

Abstract

A numerical study has been carried out to examine steady turbulent flow and forced convection heat transfer characteristics in a two dimensional horizontal channel of rectangular section with isothermal walls and with staggered baffles. Two different transverse baffle models are considered in this simulation, namely rectangular block and/or rounded rectangular baffles. The fluid is considered, Newtonian, incompressible with constant properties. The governing equations that describe the flow and energy were discretized using the finite volumes method, in two dimensions, employing the commercial CFD software Fluent 6.3 with the (LRN) low Reynolds number k-ε model to describe the turbulence. The Simplec discretization algorithm is used for the convective terms in the solution equations. Air is the working fluid with the flow rate in terms of Reynolds numbers ranging from 5000 to 20000. A detailed description of the turbulent flow and heat transfer around the baffles was presented. The fields and profiles of axial velocity, as well as the convective Nusselt number distribution, and the pressure loss were treated along the channel and for various Reynolds number values.

Résumé

Dans ce travail, on se propose de faire une étude numérique comparative entre deux formes différentes d’ailettes et de chicanes transversales. La première rectangulaire à bout vif, et la deuxième rectangulaire à bout arrondi, sont disposées en chevauchement dans une conduite bidimensionnelle horizontale de section rectangulaire. Les parois du canal sont rigides, immobiles et isothermes. Le fluide (air) est du type Newtonien, incompressible à des propriétés constantes. Le régime d’écoulement est considéré permanent et purement turbulent. Les équations gouvernantes, basées sur le modèle k-ε à bas nombre de Reynolds (LRN) afin de caractériser la turbulence, sont résolues par la méthode des volumes finis à l’aide de l’algorithme Simplec. Le code de calcul numérique en dynamique des fluides Fluent 6.3 est appliqué pour intégrer ces équations sur chaque volume de contrôle. Les calculs sont effectués pour un nombre de Reynolds compris entre 5000 et 20000. Une description détaillée de l’écoulement de fluide et du transfert de chaleur par convection forcée autour de chicanes a été présentée. Les champs et les profils de vitesse axiale, ainsi que la distribution du nombre de Nusselt et l’évolution du coefficient de perte de pression ont été traités le long du canal et pour différents valeurs du nombre de Reynolds. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par l’expérience dans la littérature. Cette comparaison montre qu’il y a un accord qualitatif ainsi qu’une très bonne concordance entre les deux résultats.

Keywords

Capteur solaire plan à écoulement d’air - CFD - Chicane rectangulaire - Chicane rectangulaire arrondie - Convection forcée -Ecoulement turbulent.

Etude numérique comparative entre deux types de chicanes et ailettes (rectangulaire et rectangulaire arrondie) utilisées pour améliorer les performances des capteurs solaires plans à air
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