La modélisation des transferts de chaleur dans une cavité ventilée naturellement

Histoire de l’énergie solaire 

Composante du rayonnement solaire

Le rayonnement qui nous parvient du soleil est émis par sa surface extérieure dont la température est d’environ 6000 °K. A une telle température, 40% de l’énergie est émise dans le domaine visible (gamme de longueur d’onde allant de 0,3 μm (violet -bleu) à 0,7μm (rouge). La décomposition du rayonnement solaire peut être réalisée en projetant un faisceau lumineux sur un prisme de verre ou sur un réseau de diffraction. Tout un éventail de couleurs apparaît, du bleu au rouge en passant par le vert et le jaune.
Chacune de ces couleurs est associée à un rayonnement d’une certaine longueur d’onde. William Herschell (Vers 1800) qui étudiait le rayonnement solaire, avait placé un thermomètre derrière un tel prisme. Il s’aperçut qu’il indiquait une élévation de température (et donc qu’il recevait de l’énergie) non seulement dans le domaine visible mais également dans la région au- delà du rouge. Ce fut la découverte du rayonnement infrarouge qui représente 50% du rayonnement émis par le soleil. Les 10% restant du rayonnement solaire total sont émis à l’opposé du domaine visible, à des longueurs d’onde plus petites que celles du violet (l’ultra violet).

Types d’énergies renouvelables

Les énergies renouvelables constituent une solution respectueuse de l’environnement pour y parvenir en partie. Elles permettent d’acquérir une certaine autonomie énergétique et de réaliser des économies à moyen et long terme.
Énergie éolienne
L’activité solaire est la principale cause des phénomènes météorologiques. Ces derniers sont notamment caractérisés par des déplacements de masses d’air à l’intérieur de l’atmosphère. C’est l’énergie mécanique de ces déplacements de masses d’air qui est à la base de l’énergie éolienne. L’énergie éolienne consiste ainsi à utiliser cette énergie mécanique.
Énergie hydraulique
À l’instar de l’énergie éolienne, les énergies hydrauliques (à l’exception de l’énergie marémotrice) ont leur origine principale dans Les phénomènes météorologiques et donc l’énergie solaire. Le soleil provoque l’évaporation de l’eau, principalement dans les océans et en libère une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l’eau pour décrire ces mouvements. L’eau (en fait, la vapeur d’eau) possède, en altitude, une énergie potentielle de pesanteur ;
Energie géothermique
Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité.
Dans les couches profondes, la chaleur de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches du noyau et de la croûte terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium.
Énergie solaire
Elle est renouvelable et écologique, elle peut être exploitée pratiquement partout sur la planète, contrairement aux combustibles fossiles, et elle n’est pas à la merci des hausses des prix de l’énergie. Elle est polyvalente, et produit de la chaleur, la lumière, l’énergie mécanique et l’électricité.
L’énergie solaire est l’énergie radiante produit par le soleil par réactions nucléaires de fusion, qu’arrive à la Terre à travers de l’espace en Quant d’énergie (Photons), ceux qui réagissent avec l’atmosphère et la surface terrestre.
Énergie Biomasse
Indirectement, il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion ou métabolisation.
Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites ; cette condition n’est pas toujours remplie. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.

Energie Solaire thermique

Un système solaire thermique exploite le rayonnement du Soleil afin de le transformer directement en chaleur (énergie calorifique).
Le soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel se trouvent notamment les rayons cosmiques, gamma, X, la lumière visible, l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces types de rayonnement électromagnétique véhiculent de l’énergie. Le niveau d’irradiance (le flux énergétique) mesuré à la surface de la Terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.
Deux grandes familles d’utilisation de l’énergie solaire à cycle court se distinguent : L’énergie solaire thermique (Basse Température), utilisation de la chaleur transmise par rayonnement,
l’énergie photovoltaïque (Haute Température), utilisation du rayonnement lui-même pour produire de l’électricité.

La modélisation des transferts de chaleur dans une cavité ventilée naturellement

L’étude de l’écoulement entre deux plaques chauffées a abouti à de nombreux modèles. Ces modèles s’appuient sur des choix de représentation des phénomènes entrant en jeu, en particulier pour les échanges radiatifs et les échanges convectifs. Pour ces premiers, il s’agit d’une part des échanges radiatifs entre l’extérieur et le parement et d’autre part de ceux qui ont lieu au sein du système solaire passif étudié.
Les modèles décrivant la convection naturelle qui prend place au sein de la lame d’air ont pour objectif de déterminer le coefficient de convection et le débit de renouvellement d’air et peuvent être répartis en 3 familles : l’approche numérique, qui correspond à la résolution des équations de Navier-Stokes par les méthodes de CFD, et deux approches analytiques, l’une en se centrant sur l’effet cheminée, et l’autre sur les pertes de charge de l’écoulement.

Table des matières

Introduction général
Chapitre I 
Introduction
1.1 Histoire de l’énergie solaire 
1.2 Définition et catégories 
1.3 Fonctionnement technique ou scientifique
1.3.1 Rayonnement solaire
1.3.2 Composante du rayonnement solaire
1.3.3 Les caractéristiques du rayonnement solaire sur Terre
1.3.3.1 L’exploitation de l’énergie solaire
1.3.3.1.1 L’énergie solaire thermique
1.3.3.1.2 L’énergie solaire thermodynamique
1.3.3.1.3 L’énergie solaire photovoltaïque
1.4 Types d’énergies renouvelables
1.4.1 Énergie éolienne
1.4.2 Énergie hydraulique
1.4.3 Énergie géothermique
1.4.4 Énergie solaire
1.4.5 Énergie Biomasse
1.5 Energie Solaire thermique 
1. 5.1 Basse Température
1.5.1.1 Séchage (Capteur a air)
1.5.1.2 Chauffage solaire (eau)
1.5.2 haute Température
1.5.2.1 Concentrateurs paraboliques
1.5.2.2 Centrales à tour
1.5.2.3 Capteurs cylindro-parabolique
1.5.2.4 Fresnel
CONCLUSION
Chapitre 2
Introduction
Les différents systèmes solaires passifs de façade
2.1 Etude Théorique sur le mur de Trombe 
2.1.1 Le fonctionnement d’un mur Trombe
2.1.2 Le principe des murs capteurs accumulateurs
2.1.3La spécificité du mur Trombe
2.1.4 La réponse du mur Trombe aux besoins de chauffage
2.1.5 L’importance fondamentales des couleurs et des matières utilisés derrières les verres du mur
trombe
2.1.6 Mur Trombe : Avantages et Inconvénients
2.1.7 Opération du mur trombe
2.1.7.1 Fonctionnement de la paroi thermique en hiver
2.1.7.2 Fonctionnement de la paroi thermique en été
2.1.7.3 Calculs de l’inertie thermique
2.1.7.4 Masse thermique (le mur)
2.1.7.5 Thermo-circulation
2.1.8Exemples sur la performance de mure trombe
2.1.8.1 Performances du mur Trombe (Nord de l’Algérie)
2.1.8.2 Performances du mur Trombe sur le site de Ghardaïa
2.2 Etude théorique sur la cavité
2.2.1 La modélisation des transferts de chaleur dans une cavité ventilée naturellement
2.2.2 Les échanges radiatifs
2.2.2.1Rayonnement solaire et distinction entre CLO et GLO
2.2.2.2 La prise en compte du phénomène de multi-réflexion entre les deux plaques
2.2.2.3 Echange radiatif entre deux surfaces
2.2.2.4 Echange entre la surface extérieure de la protection solaire et l’environnement
2.2.3 Les échanges convectifs
2.2.3.1 Caractérisation de la convection naturelle
2.2.3.2 Approche numérique CFD
2.3 Accouplement d’un mur trombe avec une cavité solaire
2. 3.1 Caractéristiques d’un mur de stockage thermique
2.3.2 Performance de la paroi de stockage thermique
Conclusion
Chapitre 3 
Introduction
3.1 Situation géographique de la ville de Tlemcen
3.2 Climat de la ville de Tlemcen
3.3 Description de la salle étudiée
3.3.1 Architecture de la salle
3.3.1.1. Masse thermique
3.3.2. Description et matériaux de construction
3.3 .2.1 Les types de murs
3.3.2.2 Les différents matériaux pour construire un mur
3.3.3 Composante de mur trombe
3.4. Etude de la cavité couplée avec le mur trombe
3.4.1. Présentation de Gambit et Fluent
3.4.1.1. Présentation de Gambit
3.4.1.2. Présentation de Fluent
3.4.1.2. Présentation de Fluent
3.4.2. Simulation et interprétation des résultats
3.4.2.1. Simulation d’une cavité
3.4.2.2. Dépouillement et comparaison des Résultats
Conclusion

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