TG-LL
Les capteurs solaires thermiques .
Fonctionnement des installations frigorifique à éjection
Introduction
Les études du système à éjection ont fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherche. Dans ce chapitre, une recherche bibliographique a été effectuée sur les installations frigorifiques à éjection à base solaire et les différents types des capteurs solaire, les différents types des éjecteurs sont présentés avec leur formalisme mathématique. L’étude a été concentrée sur une partie de l’éjecteur (chambre de mélange), et le chapitre va se terminer par une classification simple et approfondie sur les installations hybrides.
Théorie de l’installation frigorifique à éjection
L’installation frigorifique tri-terme
La machine frigorifique tri-thermes à éjection (voir figure (II-1)) est constituée de deux boucles :
L’une motrice, avec un bouilleur en contact avec la source chaude, l’autre frigorifique composée d’un évaporateur en contact avec la source froide. Ces deux boucles sont reliées par l’éjecteur et par le condenseur. À la sortie du condenseur, le fluide moteur est mis sous pression grâce à une pompe alors que le fluide générateur traverse un détendeur.
Cette machine est fonctionné grâce à un fluide frigorigène et à trois différentes source de chaleur :
Source chaude : au niveau de générateur.
Source moyenne : au niveau du condenseur.
Source froide : au niveau de l’évaporateur.
Le système à étudier est représenté à la figure ci-contre.
Figure II.1 : système de réfrigération à éjection [6].
Analyse Caractéristique de l’éjecteur
Description de l’éjecteur
L’éjecteur est composé d’une buse, d’une zone de mélange et d’un diffuseur représenté à la Figure (II.2) ci-dessous.
Figure II-2 : schéma de l’éjecteur [12]
Ecoulement du fluide dans l’éjecteur
La vapeur à haute pression entre dans l’éjecteur au point 0, ensuite se dilate à travers la buse, devient supersonique et crée une dépression entraînant l’aspiration de la vapeur à basse pression au point 4. Les deux vapeurs se mélangent dans une chambre de mélange où une partie de l’énergie cinétique de la vapeur motrice est transférée à la vapeur aspirée jusqu’à homogénéisation de l’écoulement. Puis le mélange passe à travers le diffuseur où son énergie cinétique est transformée en énergie de pression. A la sortie du diffuseur au point 3, le mélange est refoulé à une pression intermédiaire entre la haute et la basse pression [12].
différentes types des éjecteurs
Selon leur géométrie, on peut distingue les éjecteurs en deux types principaux : les éjecteurs à mélangeur cylindrique et les éjecteurs à mélangeur convergent- divergent.
Éjecteurs à mélangeur cylindrique
La figure (II-3) montre le schéma de principe d’un éjecteur à liquide et à mélangeur cylindrique. Dans cet éjecteur, la tuyère motrice qui accélère le fluide est donc simplement convergente alors que, dans le cas d’un éjecteur à air ou à vapeur, le flux moteur est généralement supersonique ; la tuyère motrice est donc convergentedivergente.
Dans ce cas, la tuyère transforme l’énergie de pression du flux moteur en énergie cinétique et le jet primaire, à grande vitesse, entraîne le fluide secondaire dans le mélangeur par échange de quantité de mouvement. Ce mélange des flux primaire et secondaire s’effectue à pression sensiblement constante dans le mélangeur cylindrique, puis la pression croît dans le diffuseur de sortie comme le montre également la figure (II-3), sur laquelle l’évolution des vitesses des deux flux est également représentée
Éjecteurs à mélangeur convergent-divergent
La figure (II-4) montre le schéma de principe d’un éjecteur à gaz et à mélangeur convergent-divergent. Le principe de base du fonctionnement est bien sûr le même que
précédemment : l’entraînement du flux secondaire se fait toujours par échange de
quantité de mouvement jusqu’à l’obtention d’une veine de vitesse pratiquement
uniforme et en général supersonique. L’énergie cinétique de cette veine se transforme
de façon quasi isentropique en pression dans le convergent supersonique qui réduit la
vitesse jusqu’à un nombre de Mach voisin de l’unité au col, puis dans le diffuseur final
subsonique. Ce type de géométrie permet de :
Réduire la longueur de l’éjecteur.
Diminue les pertes par frottement et donc améliore le rendement.
d) Modélisation du cycle de l’éjecteur :
Les études théoriques ou pratiques concernant l’éjecteur effectué dans le passé son
généralement des études sur l’écoulement du fluide, mais actuellement ces études a été
développée pour trouver une géométrie optimale soit par la détermination du taux
d’entraînement, U, ou du rendement isentropique.
Hypothèses de modélisation
Les hypothèses suivantes seront utilisées pour obtenir les équations de la conservation
de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie pour les différentes parties de
l’éjecteur, pour cela nous avons considéré les hypothèses suivantes :
Le transfert de chaleur avec l’extérieur est négligeable. (adiabatique).
Les variations de l’énergie potentielle sont négligeables.
Les énergies cinétiques a la sortie et à l’entrée de l’éjecteur sont négligeables.
L’écoulement dans la tuyère est adapté.
le fluide à des propriétés uniformes sur la section transversale, après le mélange
complet à la section 2.
L’écoulement est unidimensionnel.
Le régime est permanent.
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Table des matières
Chapitre I : Revue des technologies des installations frigorifiques solaires à éjection
I.1 Introduction
I.2 Historique
I.3 Principe de fonctionnement
I.3.1 Installation frigorifique classique
I.3.2 Installation frigorifique à éjection
I.3.2.1 Le bouilleur
I.3.2.2 Le condenseur
I.3.2.3 Evaporateur
I.3.2.4 Ejecteur
a. Définition et historique
b. Principe de fonctionnement de l’éjecteur
c. Géométrie de l’éjecteur
d. Avantages et inconvénients de l’éjecteur
I.4 Le fluide de travail .
I.4.1 Définition du fluide frigorigène
I.4.2 Historique
I.4.3 Les fluides frigorigènes utilisés dans les installations frigorifiques à éjection
I.4.4 choix de fluide frigorigène
I.4.4.1 Critères thermodynamiques
I.4.4.2 Critères de sécurité
I.4.4.3 critères techniques
I.4.4.4 critères économiques
I.4.5 Classification des fluides frigorigènes
I.5 Classification des installations frigorifiques à éjection
I.5.1 Installation à simple étage
I.5.2 Installation multi-étagée
I.6 Conclusio
Chapitre II : Fonctionnement des installations frigorifique à éjection
II.1 Introduction
II.2 Théorie de l’installation frigorifique à éjection
II.2.1 L’installation frigorifique tri-terme
II.2.2. Analyse Caractéristique de l’éjecteu
a) Description de l’éjecteur
b) Ecoulement du fluide dans l’éjecteur
c) différentes types des éjecteurs
Éjecteurs à mélangeur cylindrique
Éjecteurs à mélangeur convergent-divergent
d) Modélisation du cycle de l’éjecteur
II.2.3 Hypothèses de modélisation .
II.2.4 Calcul de l’efficacité frigorifique COP
II.3 Les installations frigorifiques à éjection à base solaire .
II.3.1 Principe de fonctionnement du système frigorifique solaire .
a) Capteur solaire photovoltaïque .
b) Les capteurs solaires thermiques .
II.3.2 Les déférents types des capteurs solaires thermiques .
a) Capteurs plans de type vitrés .
b) Capteurs solaires à concentration
C) Capteurs solaires plans sans vitrage
d) Capteurs sous vide
II.4 Les installations frigorifiques hybrides .
II.4.1 Système de refroidissement à compression / éjection
a) Description du système
b) Influence de la nature du fluide sur les performances du système
c) Avantage du système
II.4.2 Système de refroidissement à éjection-absorption
a) Description du système
II.5 Conclusion
Chapitre III : Etude d’une installation frigorifique à éjection
III.2 Analyse du cycle
III.2.1 Description du cycle à éjection
a) la boucle motrice
b) la boucle frigorifique
III.2.2 Caractéristiques des fluides frigorigènes
III.3 Hypothèses de modélisation du système
III.4 Modélisation de système
Identification des constantes utilisées dans la modélisation
III.5 Résultats et discutions
III.5.1 Organigramme du calcul du COP
III.5.2 Comparaison du coefficient de performance (COP)
pour les déférents fluides
III.5.3 Comparaison du rendement de l’installation
pour les déférents fluides
III.5.4 Influence des conditions opératoires sur l’efficacité
de l’installation pour le fluide R-717
a) Variation du COP en fonction de la température du générateur
b) Variation du COP en fonction de la température du condenseur
III.6 Validation du résultat
III.8 Conclusions
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