Figure

Objet

Depuis une quinzaine d'années, la conversion d'énergie par méthode thermoacoustique suscite un intérêt, aussi bien à des fins de réfrigération que de compression thermique. Cette transformation met en jeu un fluide "parcouru" par une onde acoustique et une paroi solide soumise à un gradient de température ; elle est donc localisée dans une partie précise de la machine appelée souvent par analogie régénérateur, et celui-ci constitue l'élément principal des machines thermoacoustiques (réfrigérateur thermoacoustique ou compresseur thermoacoustique (fig. 1-a) ). Comme tout milieu traversé par une onde, le régénérateur est caractérisé par son impédance acoustique et par son facteur de propagation. L'objectif de la présente étude est, dans une première étape, la mesure de ces propriétés acoustiques en absence de gradient de température.

Contenu

Par analogie avec la théorie des lignes, le régénérateur est assimilé à un quadripôle d'impédance série Z et d'admittance Y (fig. 2). Son impédance caractéristique Zc = [[radical]]Z/Y et son facteur de propagation [[Gamma]] = [[radical]]ZY sont déduits des mesures pariétales de pression, respectivement, en amont et en aval. Le régénérateur (empilement de tiges d'acier inox de diamètres 0.4 mm) est placé dans un conduit rempli d'eau et traversé par une onde de pression générée par un compresseur (fig. 1-b). Quatre capteurs de pression piézorésistifs sont disposés pariétalement de part et d'autre du régénérateur afin de mesurer les fonctions de transfert entre chaque paire, respectivement, H12 ( f ) et H34 ( f ), et les coefficients de reflexion de l'onde en amont, R1 ( f ) et en aval, R4 ( f ), dont dépend l'impédance acoustique.

Situation

Les premiers résultats, tirés à partir des enregistrements de pression (fig. 3), montrent que l'amplitude de la fonction de transfert entre deux capteurs voisins (H12 ( f ) et H34 ( f ) sont des nombres complexes) est proche de 1 (fig. 4). Ceci peut s'expliquer par le fait que la vitesse du son dans l'eau étant très élevée (~ 1500 m/s), les deux capteurs voient passer la même impulsion. Cependant, pour la même raison, le déphasage entre les deux capteurs reste très faible ( inférieur à 0.1 radian) et par conséquent difficilement mesurable. Un système de synchronisation des différents enregistrements appelé "échantillonneur bloqueur", intégré au système d'acquisition de données, ainsi qu'une méthode dite "d'interchangeabilité des capteurs" sont utilisés actuellement pour mesurer les déphasages entre les capteurs avec plus de précision.

Perspectives

Application de la méthode de mesure de l'impédance au cas d'un régénérateur soumis à un gradient de température - Etude avec des fluides hypercritiques - Mise au point d'un réfrigérateur.

Références

(1) F. T. Brown : "The Transient Response of Fluid Lines", Journal of Basic Engineering December 1962, p. 547-553.

(2) J. Y. Chung and D. A. Blaser : "Transfer function method of measuring in-duct acoustic properties. I. Theory", J. Acoust. Soc. Am., 68 (3), Sept. 1980, p. 907-913.

(3) A. F. Seybert : "Experimental determination of acoustic properties using a two-microphone random-excitation technique", J. Acoust. Soc. Am., 61 (5), May 1977, p. 1362-1370.

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