Etude du fonctionnement d'une tour solaire

Résumé du document

Nous étudions une installation fonctionnant grâce au rayonnement solaire. Cette installation appelée « tour solaire » a fait l'objet de plusieurs projets dont un en Espagne (prototype) et un autre en Australie (étude). Le but est de pouvoir calculer les performances de cette installation et de prédire l'évolution des performances en fonction des paramètres caractéristiques de la tour (surface d'échange, hauteur, qualité du sol, stockage d'énergie…).

Extraits

[...] Puis on rentre les 3 équations correspondant aux 3 bilans. On utilise enfin l'instruction Solve qui permet de résoudre le système de 3 équations à 3 inconnus et qui fournit la solution suivante : Tv 295,8K Ts K . Ce calcul fonctionne avec des coefficients figés, notamment le calcul du débit s K col avec les premiers résultats de l'estimation. On trouve des températures proches de la méthode itérative pour le sol et pour le collecteur ainsi qu'une température plus réaliste pour la vitre. [...]

[...] Etude du fonctionnement d'une tour solaire Figure 1 : Prototype espagnole de Manzanares de 50 kW (1981) Estimation rapide des performances. Equations régissant les phénomènes de transferts de chaleur. Résolution itérative d'un système matriciel. Utilisation du logiciel ESACAP pour un calcul complet. Sommaire Introduction Premiers calculs et paramètres importants Fonctionnement global de la tour Calculs à partir du prototype espagnol Equations traduisant le problème thermique Transferts entre la vitre(v) et le sol(s) Distribution du rayonnement solaire (sol) sur la vitre et sur le sol Bilan thermique sur la vitre Bilan thermique sur le sol Profil de température dans le collecteur Résolution du système d'équations Résolution du problème sous forme matriciel Résolution du système avec un logiciel de calcul formel Phénomène de conduction et stockage dans le sol Utilisation du logiciel ESACAP pour le modèle complet Paramétrage du logiciel Influence des caractéristiques de la tour Première évaluation Influence de la surface du collecteur Influence du sol Conclusion Annexes Résultats sous ESACAP Page 1 Introduction Nous étudions une installation fonctionnant grâce au rayonnement solaire. [...]

[...] A parti des résultats s col obtenus, et ch on peut calculer deux indices de performances col mc p (Text T ) Flux solaire qui sont respectivement le rendement Flux solaire du collecteur et le rendement de la cheminée. Les deux termes de chaque fraction sont d'abord calculés en moyenne, sur une journée (86400 sec). La valeur moyenne du flux solaire reçu par toute la surface est de 13,5 MW (ce qui correspond bien à une densité moyenne de 300 pour une surface de 45000 On choisit Text = 20°C et cp = 1004,5 J/kg/K. Les calculs donnent pour ce cas ηcol = 0,847 et ηch = 0,0054. [...]

[...] On fixe par exemple hext = 15 Il faut ensuite estimer un coefficient hint moyen sur tout le collecteur. Avec la valeur du débit calculé avec l'estimation de la vitesse en sortie de collecteur on peut calculer la vitesse en entrée de collecteur Vecol = 0,52 m/s. On calcul également le nombre de Reynolds en entrée Re e e Vcol Dh = avec Dh = 2e = 4m et ν = Le régime est donc turbulent en entrée. On peut ensuite estimer un nombre de Nusselt à partir de la corrélation adaptée ici (COLBURN ou DITTUS‐BOELTER) : Nu 0.023 Re 0.8 Pr remonte ensuite au coefficient convectif en entrée par hint 3 = 270 avec Pr = 0,71. [...]

[...] On considère aussi une perte de charge au niveau du coude. L'algorithme utilisé s'appelle l'algorithme de Gear, il est dit multi‐pas et très puissant puisqu'il propose une résolution des problèmes thermique et hydraulique de façon itérative et en instationnaire. Enfin le logiciel ESACAP permet de récupérer les valeurs suivantes : le temps (en sec), la température en entrée du collecteur (en la température en entrée de la cheminée (en deux valeurs correspondant à des différences de pressions qui ne nous serviront pas, la température du verre (en les températures du sol en profondeur aux nœuds et 20 (en le débit massique (en les vitesses en entrée et en sortie de collecteur (en la masse volumique en entrée de la cheminée (en kg/m3) et le flux solaire reçu par toute la surface du collecteur (en W). [...]