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Article

1 - POSITIONNEMENT DU PROBLÈME

2 - SIMILITUDE DES MACHINES THERMOACOUSTIQUES

  • 2.1 - Cas d'un moteur
  • 2.2 - Cas d'une machine frigorifique

3 - MODÉLISATION ANALOGIQUE : RÉSEAUX ET QUADRIPÔLES ÉLECTRIQUES ÉQUIVALENTS

4 - RÉSEAUX ET FORMULES SIMPLIFIÉS POUR DIVERS SYSTÈMES

5 - SIMULATIONS NUMÉRIQUES CFD, DELTAE ET AUTRES

6 - OPTIMISATION DES PERFORMANCES

7 - CONCLUSIONS POUR LES RÈGLES DE DIMENSIONNEMENT

8 - OPTIMISATIONS TECHNOLOGIQUES SUPPLÉMENTAIRES

Article de référence | Réf : BE8062 v1

Optimisation des performances
Convertisseurs thermoacoustiques - Dimensionnement

Auteur(s) : Philippe NIKA

Date de publication : 10 oct. 2008

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  • Philippe NIKA : Professeur, université de Franche-Comté, CNRS

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INTRODUCTION

Cet article fait suite aux deux articles « Effet thermoacoustique » [BE 8 060] et « Moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques » [BE 8 061]. Il en utilise largement les notions et résultats théoriques. Outre ces connaissances bien spécifiques, la modélisation des systèmes thermoacoustiques passe par l'utilisation des analogies avec des réseaux électriques, quelques connaissances dans ce domaine sont donc aussi nécessaires. Le problème du dimensionnement d'une machine thermoacoustique ainsi que celui de son optimisation globale n'est pas résolu actuellement de façon simple et systématique. En réalité, le « design » d'un dispositif est effectué plus ou moins par tâtonnements successifs, soit en appliquant les règles de similitude à partir des connaissances acquises sur une machine existante et de fonctionnement connu, soit en définissant a priori une structure acoustique et en optimisant certaines parties en fonction des résultats obtenus grâce à des modèles plus ou moins sophistiqués (programme DeltaE, équations d'ondes, théorie de la thermoacoustique linéaire...). Ces modèles ont généralement été mis au point pour retrouver au mieux les résultats expérimentaux d'un prototype donné et ne possèdent donc pas vraiment de caractère universel. L'article [BE 8 063] traite de la combinaison des moteurs et récepteurs thermoacoustiques, il rapporte les récentes avancées dans la réalisation de ces systèmes.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8062


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6. Optimisation des performances

6.1 Optimisation par la thermodynamique en temps fini (TTF) d'un système à ondes stationnaires

Nous choisissons ici, pour simplifier la présentation, le cas d'un moteur thermoacoustique fermé en demi-onde (onde stationnaire) représenté sur la figure . Les échangeurs chaud et froid, imposant le gradient thermique du stack, sont alimentés par des fluides de débits thermiques respectifs et entrant et sortant aux températures TC1 , TC2 , TH1 , TH2 . Le fluide oscillant dans le moteur thermoacoustique est à la température moyenne Tm côté froid et TM du côté chaud.

La technique de la thermodynamique en temps fini (TTF) Convertisseurs thermoacoustiques- Dimensionnement[29] est apte à donner des renseignements sur l'influence de certaines irréversibilités thermodynamiques notamment pour celles qui découlent des différences de températures nécessaires aux échanges thermiques.

On introduit notamment des conductances thermiques « Kx » pour les échanges thermiques avec les sources de chaleur dont la définition est la suivante : si on tient compte du temps t, nécessairement limité, au cours du cycle durant lequel les transferts thermiques peuvent s'effectuer, la quantité de chaleur échangée s'exprime par la relation linéaire :

( 78 )

On envisage ensuite le cycle thermodynamique du fluide, tel que représenté sur la figure , constitué d'une succession de transformations thermodynamiques de base, chacune de durée t, le temps total pour effectuer un cycle est donc :

...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SWIFT (G.W.) -   Thermoacoustics : a unifying perspective for some engines and refrigerators.  -  Fifth draft LA UR 99 895, 29 mai 2001.

  • (2) - SWIFT (G.W.) -   Thermoacoustic engines.  -  J. Acoust. Soc. Am., 84(4), p. 1145-1180, oct. 1988.

  • (3) - SWIFT (G.W.) -   Thermoacoustic engines and refrigerators.  -  Physics Today, p. 22-28, juill. 1995.

  • (4) - NIKA (P.), FEIDT (M.), FRANÇOIS (M.X.), BAILLY (Y.), LANZETTA (F.) -   Effets thermoacoustiques dans un régénérateur cylindrique contenant un empilement de billes.  -  Int. Jl. of Refrigeration, 28, p. 353-367 (2005).

  • (5) - BACKHAUS (S.), SWIFT (G.W.) -   *  -  A thermoacoustic Stirling heat engine Nature, vol. 399, no 6734, p. 335-338 (1999).

  • (6) - BACKHAUS (S.), SWIFT (G.W.) -   A thermoacoustic Stirling heat engine : detailed study.  -  ...

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