Investigation Numérique De La Position Optimale Des Ouvertures D’aération Naturelle Sur La Convection Naturelle Dans Une Serre Agricole Chauffée Par Energie Géothermique

Abstract

L'auteur propose dans ce travail, l’étude numérique du phénomène de la convection naturelle, dans une serre fermée et ouverte. La serre est remplie par un fluide newtonien et incompressible. Le nombre de Prandtl est fixé à 0.702 (cas de l'air). En utilisant l’approximation de Boussinesq et la formulation vorticité-fonction de courant, l'écoulement est modélisé par les équations différentielles aux dérivées partielles : les équations de continuité et des quantités de mouvement sont exprimées dans un système de coordonnées dites "Bicylindriques". Nous avons pris comme conditions de chauffage et de ventilation ce qui suit :  Des parois isothermes pour notre serre (TH pour les tubes, TM près des tubes de chauffage et TC pour le toit, avec TH>TM>TC). L’écoulement convectif est régi par différents paramètres de contrôle, à savoir le nombre de Rayleigh (Ra), 103≤Ra≤103, avec un nombre des tubes Nt=5.  Trois positions d’ouvertures naturelles (Ps) sont prises en considération. Les équations directrices écrites en coordonnées bicylindriques ont été discrétisées à l'aide de la méthode des volumes finis et de la formulation vorticité-fonction de courant ; les équations algébriques résultantes ont été résolues en utilisant la méthode de relaxations successives. Concernant la validation du code de calcul, nos résultats et ceux de la littérature sont en très bon accord. L’influence des paramètres physiques et géométriques ont été examinés. Dans le 1er cas de la serre fermée avec chauffage par des tubes sous-sol, l'effet du nombre de Rayleigh sur le transfert de chaleur a été examiné pour un nombre fixe de tubes (Nt=5). Par contre dans le 2ème cas, où on a étudié numériquement la convection naturelle dans une serre ouverte, contenant deux ouvertures dans le toit, nous avons examiné l’effet de la position de l'ouverture avec trois positions différentes, pour voir ainsi l’effet de ces ouvertures sur le transfert de chaleur interne et le climat de la serre tunnel ==================================================================================================== In this work, the author presents a numerical study of the phenomenon of natural convection within both closed and open greenhouses. The greenhouse is filled with an incompressible Newtonian fluid. The Prandtl number is fixed at 0.702 (corresponding to air). Using the Boussinesq approximation and the vorticity-stream function formulation, the flow is modeled by partial differential equations: the continuity and momentum equations are expressed in a coordinate system referred to as "bicylindrical". The following conditions for heating and ventilation have been considered: - Isothermal walls for the greenhouse: (TH for the tubes, TM near the heating tubes, and TC for the roof, with TH > TM > TC(. The convective flow is governed by several control parameters, particularly the Rayleigh number (Ra), varying between 10³ ≤ Ra ≤ 10⁶, with a fixed number of tubes Nt= 5 - Three different positions of natural openings (Ps) are considered. The governing equations written in bicylindrical coordinates were discretized using the finite volume method combined with the vorticity-stream function formulation. The resulting algebraic equations were solved using the successive relaxation method. Regarding computational code validation, our results show excellent agreement with those found in the literature. The influence of physical and geometrical parameters was examined. In the first case — that of a closed greenhouse heated by underground tubes — the effect of the Rayleigh number on heat transfer was studied for a fixed number of tubes (Nt= 5). In contrast, in the second case — where we numerically investigated natural convection in an open greenhouse equipped with two roof openings — the effect of the opening position was analyzed using three different configurations, aiming to assess how these openings affect internal heat transfer and the overall climate inside the tunnel greenhouse.