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RÉSUMÉ
Ces dernières années, les recherches dans le domaine de la thermoacoustique se sont orientées dans deux directions distinctes, le phénomène d'amplification thermique d'une onde acoustique, et le refroidissement au moyen de tubes à gaz pulsé actionnés par divers systèmes mécaniques. Supprimer toute partie mécanique mobile en actionnant un refroidisseur thermoacoustique par un moteur thermoacoustique reste bien attrayant. Le choix technologique réside ensuite dans l'utilisation d'ondes progressives ou stationnaires. Beaucoup de travaux ont été menés visant à amener les systèmes thermoacoustiques au même niveau d'efficacité que des convertisseurs d'énergie plus conventionnels. Cet article présente les différents modèles de modélisations théoriques qui découlent de ces études, ainsi que quelques réalisations.
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Philippe NIKA : Professeur, université de Franche-Comté, CNRS
INTRODUCTION
Des notions de base sur les ondes acoustiques ainsi que la description des effets thermoacoustiques sont données dans l'article [BE 8 060] «Convertisseurs thermoacoustiques. Effet thermoacoustique ». Les articles [BE 8 061], «Convertisseurs thermoacoustiques. Moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques» ou [BE 8 062] « Convertisseurs thermoacoustiques. Dimensionnement» traitent séparément le cas des moteurs et celui des générateurs. Il est surprenant de constater qu'au cours des années passées, les recherches dans le domaine de la thermoacoustique se sont orientées dans deux directions distinctes, soit sur l'étude du phénomène d'amplification « thermique » d'une onde acoustique, soit sur le refroidissement au moyen de tubes à gaz pulsé actionnés par divers systèmes mécaniques. L'idée est pourtant séduisante de supprimer toute partie mécanique mobile en actionnant un refroidisseur thermoacoustique par un moteur thermoacoustique. Le choix technologique réside ensuite dans l'utilisation d'ondes progressives ou stationnaires dans chacune des deux machines. Cet article décrit des travaux de recherche menés de par le monde dans de nombreux laboratoires et visant à amener les systèmes thermoacoustiques au même niveau d'efficacité que des convertisseurs d'énergie plus conventionnels.
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3. Cycles thermoacoustiques ouverts
Il est assez clair que l'inconvénient des machines thermoacoustiques à « cycle fermé du fluide de travail », décrites dans les paragraphes précédents de cet article, est de nécessiter au moins deux échangeurs thermiques pour les sources chaude et froide et ces deux organes sont la principale cause des pertes d'efficacité en raison des irréversibilités thermodynamiques internes qu'ils occasionnent. De plus, ces échangeurs doivent posséder des dimensions (diamètre hydraulique précis et longueur égale au déplacement acoustique du gaz en mouvement oscillant ; cf. [BE 8 062]) qui rendent leur réalisation extrêmement difficile dans le cas de fortes puissances thermiques échangées. Une idée qui a récemment émergé dans les laboratoires de recherche [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NIKA (P.) - Convertisseurs thermoacoustiques. Effet thermoacoustique. - [BE 8 060] Génie énergétique (2008).
-
(2) - NIKA (P.) - Convertisseurs thermoacoustiques. Moteurs et générateurs. - [BE 8 061] Génie énergétique (2008).
-
(3) - NIKA (P.) - Convertisseurs thermoacoustiques. Dimensionnement. - [BE 8 062] Génie énergétique (2008).
-
(4) - PLUSQUELLEC (J.) - Vibrations. - [BR 200] Bruit et vibrations (2004).
-
(5) - JOUHANEAU (J.) - Propagation des ondes acoustiques. - [TE 5 130] Traitement du signal et ses applications (2001).
-
(6) - JOUHANEAU (J.) - Introduction à l'électroacoustique. Transduction électroacoustique. - [E 5 150] Traitement du signal et ses applications (1992).
ANNEXES
Moteurs et réfrigérateurs thermoacoustiques
SWIFT (G.W.) - Thermoacoustics : a unifying perspective for some engines and refrigerators. - Fifth draft LA UR 99 895, 29 mai 2001.
SWIFT (G.W.) - Thermoacoustic engines and refrigerators. - Physics Today, p. 22-28, juil. 1995.
SWIFT (G.W.) - Thermoacoustic engines. - J. Acoust. Soc. Am., 84(4), p. 1145-1180, oct. 1988.
SWIFT (G.W.) - Analysis and performance of a large thermoacoustic engine. - J. Acoust. Soc. Am., 95(3), p. 1551-1563, mars 1994.
OLSON (J.R.), SWIFT (G.W.) - A loaded thermoacoustic engine. - J. Acoust. Soc. Am., 98(5), p. 2690-2693, nov. 1995.
ATCHLEY (A.), BASS (H.E.), HOFLER (T.J.), LIN (H.-T.) - Study of a thermoacoustic prime mover below onset of self oscillation. - J. Acoust. Soc. Am., 91(2), p. 734-743, fév. 1992.
ATCHLEY (A.) - Standing wave analysis of a thermoacoustic prime mover below onset of self-oscillation. - J. Acoust. Soc. Am., 92(4), p. 2907-2914, nov. 1992.
ZHOU (S.), MATSUBARA (Y.) - Experimental research of thermoacoustic prime mover. - Cryogenics, 387, p. 813-822 (1998).
TIJANI (M.E.H.), ZEEGERS (J.C.H.), DE WAELE (A.T.A.M.) - Design of thermoacoustic refrigerators. - Cryogenics, 42, p. 49-57 (2002).
TIJANI (M.E.H.), ZEEGERS (J.C.H.), DE WAELE (A.T.A.M.) - Construction and performance of a thermoacoustic refrigerator. - Cryogenics, 42, p. 59-66 (2002).
GODSHALK (K.M.) - Miniaturization of a thermoacoustic pressure wave generator. - Advances in cryogenic Engineering,...
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