Etude expérimentale et théorique des processus non linéaires de saturation dans un générateur d'ondes thermoacoustique annulaire
Institution:
Le MansDisciplines:
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Abstract EN:
The work presented in this report has been initiated to list, classify, interpret the experimental observations analytically, and to propose a model able to describe various transient régimes from the onset to the saturation of the acoustic wave amplitude in an annular thermoacoustic prime mover. The expérimental results obtained for various heating processes show complicated transient régimes, significant variations of the température field have also been observed during these transient régimes, indicating that in addition to the classical cascade process of higner harmonics génération and minor losses, the nonlinear processes involving interaction between acoustic and température fields play an important pole in the dynamical traits observed in experiments. In particular, the development of a high amplitude acoustic field inducessoth thermoacoustic enthalpy flow (equivalent to acoustically enhanced thermal conductivity of the stack walls) and acoustic streaming which modifies the shape of the température field. The analytical description of the above mentionned nonlinear effects and of the transient interaction between acoustic and température fields is presented. The simulation results, which are véry close to expérimental results, provide a new understanding of fundamental processes which control the acoustic wave saturation. This work contributes to the progress in designing thermoacoustic engines so that they become more efficient.
Abstract FR:
L'objet des travaux présentés dans ce mémoire est de répertorier expérimentalement, de classifier, d'interpréter de façon analytique et de modéliser les différents régimes transitoires de déclenchement et de saturation de l'amplitude de l'onde acoustique dans un générateur d'ondes thermoacoustique annulaire. Les résultats expérimentaux, obtenus sous diverses conditions de chauffage, montrent des régimes transitoires complexes, auxquels sont associées des évolutions significatives du champ de température, indiquant de ce fait qu'en plus des processus non linéaires classiques de cascade harmonique ou de pertes de charge singulières, les effets non linéaires d'interaction entre champ acoustique et champ de température jouent un rôle important sur la dynamique des régimes transitoires observes. En particulier, le développement d'un champ acoustique de niveau élevé est source d'un flux d'enthalpie thermoacoustique (équivalent à une augmentation acoustiquement induite de la conductivité thermique des parois du stack), et d'un vent acoustique modifiant la forme du champ de température. Une description analytique des effets non linéaires précédemment cites et de l'interaction en régime transitoire entre champ acoustique et champ de température est présentée: les résultats de simulations obtenus, très proches des résultats expérimentaux, apportent une compréhension nouvelle des processus fondamentaux qui régissent la saturation de l'onde. Ces travaux apportent une contribution aux avancées pratiques visant a améliorer l'efficacité des machines thermoacoustiques.