Simulation numérique d'un distillateur solaire à film capillairemulti-étages

Moussa ZERROUKI1,2,+, Nouredinne SETTOU3, Yacine MARIF 1,4, Mohammed BENHAMMOU1

et MoustaphaBELHADJ1,4

1 Unité de Recherche en Energies Renouvelables En Milieu Saharien, Adrar 01 000 (Algérie)

2 Univ Ouargla, Fac. des Sciences Appliquées,

Dépt. de Génie Civil et Hydraulique, Ouargla 30 000 (Algérie)

3 Univ Ouargla, Fac. des Sciences Appliquées, Lab. de Valorisation et de Promotion des Ressources Sahariennes ‘VPRS’, Ouargla 30 000 (Algérie)

4Univ Ouargla, Fac. des Mathématiques et des Sciences de la Matière,

Dépt. de Physique, Ouargla 30 000 (Algérie)

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ملخص:في هذا المقال نقوم بعرض نموذج لمحاكاة رقمية تتعلق بمر دودية مقطر شمسي ذو شريط شعيري متعدد الطوابق. كمية الماء المقطر تم تقديرها بعد الأخذ بعين الاعتبار كل ظواهر الانتقال الحراري والكتلي داخل المقطر. ومن اجل إظهار نجاعة هذا النموذج للاختبارات الرقمية أجريت من أجل تحديد القيم المثلى للمختلف عوامل التصميم على غرار عدد الطوابق تدفق ودرجة حرارة الماء المالح المغذي للمقطر ومعامل شكل المقطر والمتوافق مع مناخ ولاية أدرار بالجنوب الجزائري. النتائج الرقمية تم عرضها أيضا في هذه الورقة. هذه الأخيرة أظهرت أن كمية الماء المقطر اليومية تزداد بزيادة عدد الطوابق غير أن نسبة الزيادة الجزئية تنقص مع زيادة كل طابق إضافي.

كلمات دالة: التقطير الشمسي, شريط شعيري, طابق, إنتاج, تدفق

RESUME : Dans cet article, un modèle de simulation numérique est présenté, pour étudier la performance d’un distillateur solaire à film capillaire multi-étage. Les divers phénomènes de transfert de chaleur et de masse ont été considérés pour évaluer la production de distillat. Afin d’apprécier le modèle développé, les calculs numériques ont été faits pour optimiser différents paramètres de conception, à savoir le nombre des étages, le débit et la température d’alimentation de l’eau saumâtre et le facteur de forme des cavités correspondant au climat de Adrar, sud Algérien. Des résultats numériques sont également présentés dans ce papier ; ces résultats montrent que la production quotidienne du distillat augmente avec l’augmentation du nombre d'étages. Cependant la fraction d’augmentation partielle de la production diminue avec l’addition de chaque nouvel étage.

MOTS CLES : distillation solaire, film capillaire, étage, production, débit

ABSTRACT: In this article, a model of numerical simulation is presented, to study the performance of a solar distiller with multistage capillary film. The various phenomena of transfer of heat and mass were considered to evaluate the distillate production. In order to appreciate the developed model, the numerical calculations were made to optimize various parameters of design, namely the number of stages, flow and the power temperature of the brine water and the cavities form factor corresponding to the climate of Adrar, Algerian south. Numerical results are also presented in this paper; these results show that the daily production of the distillate increases according to the increase in the stages number. However the partial fraction increase of the production decreases with each new stage addition.

KEY WORDS: solar distiller, capillary film, stage, production, flow

1. Introduction

Le manque d’eau potable et sa rareté, causés, à la fois, par la sécheresse et la surexploitation des nappes souterraines, devient un grand problème qui menace la vie des habitants dans plusieurs régions. Or, au voisinage de certaines régions, manquantes d’eau potable, existent des sources d’eaux saumâtres contenant un certain pourcentage de sel. La distillation solaire peut être envisagée non seulement comme une solution qui respecte l’environnement et économique, mais aussi une réelle alternative aux ressources énergétiques classiques d’origine fossiles. Un examen de la littérature, Malik et al. [1] illustre qu'un nombre considérable de travaux ont été effectués pour étudier les distillateurs solaires de bassin-type conventionnel. Pour améliorer la production en distillat, plusieurs configurations ont été conçues de manière à permettre de réutiliser la chaleur latente d’évaporation libérée : Cooper et Appleyard, R. S. Adhikari et al. [2], Ho-Ming Yeh             et al. [3]. D’autres distillateurs à multi effet utilisant des films capillaires ont été proposés :           B. Bouchekima [4], H. Tanaka [5]. Pour notre part, nous proposons d’étudier l’effet de certaines paramètres a savoir le nombre d’étages, le débit et la température d’alimentation de l’eau de la saumure et le facteur de forme des cavités sur la production d’un distillateur solaire à film capillaire à plusieurs étages. A cet effet, nous avons établi un système d’équation régissant le fonctionnement du distillateur et les différents coefficients d’échange thermique et massique. Cette simulation mathématique nous a permis d’obtenir des résultats représentés graphiquement, suivi par une analyse et une discussion.

2. Modélisation et Résolution Numérique du Système

            Les différents flux d’échange thermique et massique d’un distillateur solaire à film capillaire à plusieurs étages sont illustrés par la Figure 1. La température atmosphérique ambiante, les bilans énergétiques et de matière sont obtenus comme suit.

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4. Conclusions

            Un modèle numérique a été développé, pour le fonctionnement d’un distillateur solaire à film capillaire DIFICAP à plusieurs étages. L’applicabilité du modèle est démontrée pour l’ensemble des paramètres typiques correspondant au site d’Adrar au sud Algérien.

L’analyse des résultats obtenus lors de la simulation numérique sur l’effet des paramètres de conception et opératoires, nous permettent de conclure ce qui suit :  

            La production en eau distillée augmente avec l’addition de chaque nouvel étage. Cependant que la fraction de cette augmentation diminue inversement avec le nombre des étages.

            La production d’eau distillée est très influencée par le débit d’alimentation, à un degré moindre par la température d’eau d’alimentation et le facteur de forme de la cavité siège de distillation.

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Références

[1] M.A.S. Malik , G.N. Tiwari, A. Kumar et M.S. Sodha ; Solar Distillation A practical study of a range of stills and their optimum design, construction and performance, Pergamon press first edition, (1982).

[2] R.S. Ashikari, Ashvini Kumar et G. D Sootha ; Simulation Studies On a Multi-stage Stacked Tray Still ; Solar Energy, Vol. 54, N° 5, pp. 317-325, 1995.

[3] Ho-Ming. Yeh & Chii-Dong Ho ; Energy and mass balances in open-type multiple-effect solar distillers with air flow through the last effect ; ENERGY, Vol. 24, pp. 103-115, 1999.

[4] Bachir Bouchekima, Bernad Gros, Ramdane Ouahes, Mostefa Diboun ; “Etude théorique et application pratique du distillateur solaire à film capillaire, ” Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS, 2000.

[5] H. Tanaka et T. Nosoko et T. Nagata ; “A highly productive basin-type-multiple-effect coupled solar still”, Desalination, 130 pp 279-293, 2000.

[6] A. Belghit, M. belhmidi, A Bennis, B.C. Boutaleb et S. Benet ; “Etude numérique d'un séchoir solaire fonctionnant en convection force” ; Rev. Gén. Therm., 36, 837850 Paris 1997.

[7] John Duffie et William A. Beckman ; "Solar Engineering thermal processes"; third edition Library of congress cataloging USA, (2006)

[8] Adrian Bejan ; “Heat Transfer” ; Pergamon press first edition, USA 1993.

[9] Zerrouki Moussa, Yacine Marif, Moustapha Belhadj et Nouredinne Settou ; "Simulation et expérimentation d’un distillateur solaire à film capillaire dans le sud Algérien" ; Annales des Sciences et Technologie (AST), Vol. 4 N°1 pp 46-57, Juin 2012.

[10] Michel Capderou ; Atlas Solaire de l’Algérie, modèles théorique et Expérimentaux Tome I; OPU, Algérie, (1988).