Dynamique et Transferts en Fluides Oscillants

S. Kouidri, F. Jebali Jerbi, G. Defresne, R. Paridaens.

Des travaux de recherche sont réalisés sur le moteur thermoacoustique (voir illustration 1) afin de comprendre et maîtriser les mécanismes de génération des écoulements secondaires. Au cours de l'étape précédente, un bon accord a été obtenu entre nos mesures LDV (Vélocimétrie Laser Doppler) réalisées sur le résonateur et nos simulations numériques avec DeltaEC prenant en compte les changements de sections. L'approche analytique développée dans la thèse de R. Paridaens (voir les rapports scientifiques du LIMSI) est ainsi validée. Actuellement, nous nous concentrons sur la partie annulaire de la machine (voir illustration 2) et sur l'effet de la jetpump. Les premiers résultats des mesures LDV effectuées en 2014 dans la boucle ont montré que l'amplitude de la vitesse de l’écoulement secondaire est deux fois plus petite que dans le résonateur rectiligne. Les travaux futurs réalisés en collaboration avec le laboratoire LMT de l'Ens-Cachan dans le cadre du projet LaSIPS ENERMODEON permettront une investigation plus approfondie du phénomène.


 
Illustration 1 : Moteur thermoacoustique.

 

Illustration 2: Profils de la vitesse du streaming dans la partie annulaire pour resp. 165, 190 and 210W de puissance de chauffe et une pression moyenne de 10 bars.

Par ailleurs, l'étude de la non-uniformité thermique dans le sens transversal est également un sujet d’investigation dans le domaine des moteurs thermoacoustique. Ces gradients transverses apparaissent aux niveaux des échangeurs, des extrémités du régénérateur et ne sont pas pris en compte dans le cas de la théorie linéaire de la thermoacoustique. Afin de quantifier leurs effets, nous avons développé un modèle asymptotique généralisant la théorie linéaire standard. Notre approche n’ajoute aucune hypothèse par rapport aux modèles habituels, de sorte que les dérivations analytiques introduisent deux facteurs de formes, fonction visqueuse f0 et thermique g1 qui décrivent les effets de chaque type de diffusion. L'amplitude et la phase de ces facteurs de forme sont tracées vs δν la profondeur acoustique de la pénétration thermique dans l'illustration 3, pour trois valeurs du gradient transverse de température. Ces résultats montrent que la diffusion visqueuse a tendance à changer les directions de la vitesse des particules et de la température acoustique liée à f0 et g1.


Illustration 3: Fonction de forme visqueuse et thermique, resp. f0 et g1

Par ailleurs, l'analyse de nos données expérimentales en anémométrie à fil chaud dans le cas des écoulements oscillants montre que la dynamique de transfert de chaleur doit être prise en compte afin d'interpréter correctement le signal expérimental, notamment la différence de phase entre la température de fil et la vitesse du fluide.

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