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RÉSUMÉ
Discipline assez récente au carrefour de la thermodynamique, de la thermique et de l’acoustique, la thermoacoustique permet d’étudier les interactions complexes entre un fluide en écoulement oscillant et une paroi solide présentant une répartition de température. Une caractéristique des systèmes thermoacoustiques réside dans le fait qu'ils ne nécessitent très peu d’éléments en mouvement. Pour cette raison, ils présentent un intérêt indéniable sur des convertisseurs classiques. Ainsi, cet effet est utilisé dans de nouvelles générations de convertisseurs d'énergie, pour le refroidissement avec pompage de la chaleur d'une source froide vers un puits chaud, ou en moteur avec conversion de la chaleur en énergie mécanique sous forme d'énergie acoustique.
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Philippe NIKA : Professeur, université de Franche-Comté, CNRS
INTRODUCTION
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 :
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l'article [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 ;
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l'article [BE 8 063] qui décrit les réalisations et combinaisons de moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques.
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4. Analyse des flux axiaux d'énergie
L'étude détaillée des relations concernant la pression, la vitesse du fluide et les flux d'énergie permet de mieux appréhender les différentes conversions et dégradations d'énergie rencontrées pour des écoulements oscillants anisothermes. Il va être nécessaire de faire intervenir dans les calculs les dérivées longitudinales des amplitudes de pression et de vitesse. La dérivée de la pression est liée à l'expression de la vitesse par les équations et :
Par identification des deux formes dans l'équation (59), on définit respectivement les résistance et inductance thermoacoustiques de la manière suivante :
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(3) - SWIFT (G.W.) - Thermoacoustics : a unifying perspective for some engines and refrigerators. - Fifth draft LA UR 99 895, 29 mai 2001.
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(5) - SWIFT (G.W.) - Thermoacoustic engines and refrigerators. - Physics Today, 22-28 juil. 1995.
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(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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