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Auteur(s)
-
Philippe NIKA : Professeur, université de Franche-Comté, CNRS
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La thermoacoustique est une discipline relativement jeune au carrefour de la thermodynamique, de la thermique et de l'acoustique. Elle offre des effets très variés basés sur l'interaction entre un fluide en écoulement oscillant et une paroi solide présentant une répartition de température donnée. Ces effets complexes trouvent déjà des applications concrètes dans le refroidissement et la liquéfaction des gaz ainsi que dans de nouvelles générations de convertisseurs d'énergie thermique en énergie électrique de la même classe que les machines de Stirling à apport de chaleur externe. Une caractéristique des systèmes thermoacoustiques réside dans le fait qu'ils ne nécessitent pas ou peu de pièces en mouvement, présentant de ce fait un intérêt indéniable sur des convertisseurs classiques.
Cet article est le premier d'une série consacrée à la thermoacoustique ; les suivants sont :
-
l'article Convertisseurs thermoacoustiques- Moteurs et générateurs[BE 8 061] consacré aux moteurs et générateurs thermo- acoustiques;
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l'article [BE 8 062] qui traite du dimensionnement et de la modélisation des systèmes thermoacoustiques ;
-
l'article [BE 8 063] qui décrit les réalisations et combinaisons de moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques.
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Fonction de transfert « acoustique » d'une ligne isotherme
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5. Fonctions de transferts thermoacoustiques du régénérateur et du stack
La modélisation du stack ou du régénérateur (associés ici aux deux échangeurs chaud et froid des extrémités) est traitée à partir de celle d'un des conduits capillaires élémentaires (l'assemblage constituant le régénérateur poreux complet ou l'empilement de plaques constituant le stack ). On peut montrer que l'équation d'onde pour le canal (non isotherme cette fois, car on admet la possibilité de transferts thermiques entre le gaz et la paroi du stack ou du régénérateur) considéré est :
( 77 )
avec :
( 78 )
avec G0 la fonction thermoacoustique donnée par l'équation (46).
Par ailleurs, on note dans l'équation (77) :
( 79 )
et
( 80 )
Les diverses impédances – ru ,
, cu , rT , respectivement résistance, inductance et capacité acoustiques et résistance de relaxation thermique par unité de longueur...
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Fonctions de transferts thermoacoustiques du régénérateur et du stack
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROTT (N.) - Thermoacoustics. - Advances in applied Mechanics, vol. 20, p. 135-174 (1980).
-
(2) - ROTT (N.) - Damped and thermally driven acoustic oscillations in wide and narrow tubes. - Zett. Fur. Angewandte Mathematic und physik, no 20, p. 230-293 (1969).
-
(3) - SWIFT (G.W.) - Thermoacoustics : a unifying perspective for some engines and refrigerators. - Fifth draft LA UR 99 895, 29 mai 2001.
-
(4) - SWIFT (G.W.) - Thermoacoustic engines. - J. Acoust. Soc. Am., 84(4) , oct. 1988.
-
(5) - SWIFT (G.W.) - Thermoacoustic engines and refrigerators. - Physics Today, 22-28 juil. 1995.
-
(6) - WHEATLEY (J.), HOFLER (T.), SWIFT (G.W.), MIGLIORI (A.) - Understanding some simple phenomena in thermoacoustics with applications to acoustical heat engines. - Am. J. Phys., 53 (2), p. 147-162, fév....
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