Chapitre 3: Capteurs solaires thermiques plans
7 .Transfert de chaleur au fluide caloporteur
7.1 . Profil de la température entre les tubes et facteur d’efficacité d’un capteur plan
La chaleur est évacuée par des tubes fixés sous l’absorbeur. La distance entre deux tubes est égal à W, le diamètre d’un tube est D et l’absorbeur a une épaisseur δ et est un bon conducteur de chaleur (la température est uniforme dans l’épaisseur de celui-ci). Dans la direction Ox, T est maximale à mi-chemin entre deux tubes et est minimale au dessus des tubes ou est évacuée la chaleur et vaut Tb, température.
Figure 8 : Coupe de l’absorbeur
-Pour déterminer le profil de température de l’absorbeur suivant Ox, nous établissons le bilan thermique du morceau de plaque de longueur dx :
Figure 9 : Bilan thermique sur une portion de plaque de longueur dx
- Bilan thermique sur la portion de plaque:
(32)
où k : conductivité de l’absorbeur.
On en déduit:
(33)
Conditions aux limites
Par convenance, posons
L’équation devient
(34)
Avec les conditions aux limites:
La solution de l’équation (34) est :
(35)
L’énergie transmise de l’ailette de longueur vers le tube est:
(36)
Elle peut aussi s’écrire:
(37)
où F est le facteur d’efficacité d’ailette:
(38)
Et on a:
Pour obtenir l’énergie dϕu transférée au fluide par l’élément de surface Wdy de l’absorbeur, il faut prendre en considération l’énergie reçue dϕail de l’ailette symétrique au tube et de l’énergie dϕtub collectée au dessus du tube
Le flux dϕtub collecté au dessus du tube
(39)
Soit au total:
(40)
Cette puissance thermique est transférée au fluide, en considérant que la résistance à la conduction est négligeable
(41)
Di : Diamètre intérieur du tube
hcf : Coefficient d’échange par convection entre le tube et le fluide
(42)
Avec
(43)
F’ : efficacité de l’absorbeur