Figure

Objet

Une application importante de la thermoacoustique concerne le réfrigérateur thermoacoustique qui utilise une onde sonore pour pomper la chaleur et assurer ainsi une réfrigération. On a réalisé un prototype de réfrigérateur piloté par un compresseur mécanique avec le double objectif de mettre au point un premier système de réfrigérateur thermoacoustique et de rassembler suffisament de résultats pour le travail de modélisation. L'opération est un succès même si au stade actuel, l'écart de température maximum entre source chaude et froide n'est que de 12C. Le gaz utilisé est de l'azote. Le système devrait être couplé, par la suite, au compresseur thermoacoustique.

Description

L'analyse thermoacoustique du régénérateur placé dans le champ acoustique met en évidence que le régénérateur est localement le siège d'un <<pompage>> de chaleur qui est essentiellement un effet de conversion d'énergie. Cet effet peut être mis à profit pour réaliser une réfrigération. La théorie montre également que l'effet dépend des dimensions du régénérateur, de sa position dans le champ acoustique et du champ acoustique lui-même. Les dimensions concernées sont essentiellement la longueur et la structure interne. Le champ acoustique intervient par l'amplitude, la fréquence et surtout la relation de phase entre pression et déplacement particulaire au niveau du régénérateur. Ces paramètres ont donc été les variables de l'analyse expérimentale. D'autre part, la description de l'effet de positionnement du régénérateur dans le champ acoustique nécessite une simulation du système complet, spécialement pour le cas où le système ne travaille pas en mode résonnant et stationnaire. La modélisation en termes de réseau est adoptée pour ce faire. Cette étude est actuellement en cours.

Résultats et perspectives

Les expériences actuelles concernent l'influence de la pression moyenne et de la fréquence. La figure 2 montre que l'amplitude de la pression près du piston augmente avec la pression moyenne et la fréquence. La figure 3 montre la température de l'échangeur chaud et on note qu'elle passe par un maximum à 53 Hz. La figure 4 donne la température de l'échangeur froid, et la figure 5 donne la différence de température aux bornes du régénérateur. On peut voir que la température de l'échangeur froid n'est inférieure à la température ambiante que lorsque la fréquence est supérieure à 40 Hz. L'effet de réfrigération est alors supérieur aux différentes pertes du système. Malheureusement, le compresseur monte difficilement en fréquence et il n'est pas possible dans cette première étude expérimentale de travailler en mode résonnant. Ce sera l'objet de la deuxième campagne de mesure ainsi que l'étude de la modélisation du système en termes de réseau et la comparaison aux résultats expérimentaux.

Références

[1] J. H Xiao : <<Thermoacoustic theory for cyclic flow regenerators, Part I: fundamentals>>, Cryogenics, (1992), Vol 32, 895.
[2] T. J. Hofler : <<Thermoacoustic refrigerator design and performance>>, PhD Thesis, University of California at San Diego, USA, 1988.
[3] 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.
[4] C. Millet, X. H. Deng, M. X. Fançois, F. Jebali : <<Acoustic work flux measurement of a thermoacoustic prime mover>>, ICCR98, Hangzhou, China, 1998.

* Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China.

Gpe Energétique		Dpt Mécanique-Energétique		Sommaire		Présentation