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Objet

L'étude des sytèmes de conversion d'énergie thermoacoustiques se développe dans l'équipe dans deux directions simultanées. La première étape concerne la mise au point, d'une part, d'un compresseur à partir de sources thermiques, et d'autre part, d'un réfrigérateur alimenté par une source sonore. Le premier prototype de compresseur fonctionne depuis novembre 1996 et peut délivrer des amplitudes de pressions allant jusqu'à 10% de la pression moyenne du gaz azote utilisé comme agent de la transformation, avec une fréquence d'une centaine de hertz. Le prototype de réfrigérateur est en fabrication. La deuxième étape est résumée dans les perspectives.

Description

(1.) Le compresseur thermoacoustique est destiné à être une source de puissance acoustique pour piloter un réfrigérateur. L'étude consiste donc à trouver les paramètres du fonctionnement de l'ensemble thermoacoustique permettant de répondre à cette demande. L'accent est mis sur le rôle de la pression moyenne, du gradient de température, des propriétés thermophysiques du gaz de remplissage, de la structure géométrique et thermophysique du régénérateur et de son positionnement dans le champ acoustique. L'analyse expérimentale est faite à l'aide de la méthode dite des deux microphones qui donne accès au champ de pression, au flux d'énergie et au déphasage entre pression et vitesse de déplacement dans le champ acoustique.

(2.) L'application nécessitant de grandes puissances, l'étude débouche trés rapidement sur le domaine non linéaire en général et se traduit en particulier par l'apparition d'harmoniques 2 ou 3 lorsque la densité de puissance augmente. L'auto-oscillation qui apparaît par le couplage fluide paroi montre que l'on est en présence d'un système où les phénomènes non linéaires peuvent s'initier spontanément. Des bifurcations de type Hopf sont mises en évidence. Ainsi, l'étude de la stabilité et des non linéarités du sytème sont conduites en termes de dynamiques des systèmes non linéaires.

Résultats et perspectives

Les premiers résultats de l'étude expérimentale peuvent se résumer ainsi: Les figures 3 et 4 donne respectivement l'influence de la pression moyenne et du gradient de température dans le régénérateur sur l'amplitude de la pression acoustique générée. On note qu'il est possible d'optimiser la valeur de ces deux paramètres pour augmenter la puissance acoustique disponible. La figure 5 donne le déphasage entre la pression et la vitesse et montre que l'onde résonnante n'est pas exactement une onde stationnaire. On tire de ce résultat l'énergie nécessaire à l'entretien de cette onde et il est nécessaire de charger le système pour accéder à la puissance disponible. Une modélisation de l'ensemble, en termes de réseau, est utilisée pour aborder ce problème. La deuxième étape concerne l'étude de ce problème de couplage acoustique.

Références

[1] M. P. Waser et al. : <<Introduction to the Two-Microphone cross-spectral method of determining sound intensity>>. Noise Control Engineering Journal,May-June, 1984.
[2] X. H. Deng : <<Thermoacoustic Essence of Regenerator and the Design of Thermoacoustic Heat Engine>>. PhD Thesis(in Chinese), Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China ,1994.
[3] B. Zhao, F. Jebali et M.X. François : <<Mesure des proprietes acoustiques d'un regeneraeur utilise dans une machine thermoacoustique>>. 4ème CFA, Marseille, Avril, 1997.
,5cm

* Université HUAZHONG de Sciences et technologie, Wuhan, Chine.

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