Dynamique et Transferts en Fluides Oscillants

S. Kouidri, F. Jebali Jerbi, G. Defresne, M. Mahdaoui.

Ces recherches sont principalement centrées sur la compréhension de la dissipation énergétique dans les machines à conversion d’énergie de type thermoacoustique. Les non linéarités dues au fort niveau de la pression acoustique (jusqu’à 140 dB à 40 bars de pression moyenne) engendrent des écoulements secondaires qui se superposent à l’écoulement oscillant. Le gradient de température dans la cellule génératrice se trouve ainsi réduit, ce qui provoque une dégradation considérable de l’efficacité énergétique du système de conversion. Le Limsi dispose d’un moteur à onde progressive de type Swift-Backhaus constitué d’une partie rectiligne et d’une partie annulaire. Après avoir exploré les écoulements oscillants et moyens dans la partie rectiligne par la mesure de la pression et des profils de vitesse acoustique, les derniers travaux réalisés ont été consacrés à l’écoulement secondaire dans la partie annulaire. Appelé streaming de Gedeon, cet écoulement peut être minimisé par l’installation d’un organe passif de type jet-pump et agissant comme une diode. Les règles de dimensionnement de cet organe sont encore empiriques et s’attachent plutôt à l’écoulement moyen. Ces travaux de recherche nécessitent une métrologie fine permettant de remonter aux pressions acoustiques d’ordre 1 et 2 ainsi qu’aux vitesses acoustiques de l’écoulement oscillant et l’écoulement moyen. Les résultats illustrés sur les figures ci-dessous montrent une diminution de la vitesse et de la pression acoustique et par conséquent de la puissance acoustique dans le cas de la configuration avec jet pump. Les développements théoriques effectués dans le cadre de ce thème sont basés sur une approche asymptotique dans laquelle les grandeurs d’ordre un, tel le champ acoustique sont déterminées par une méthode linéaire et le comportement de la jet pump est obtenu par une approche empirique. Les résultats obtenus pour la vitesse acoustique d’ordre deux ne mettent pas en évidence une réduction de l’écoulement moyen. Ce résultat contraire à celui attendu est attribué au dimensionnement de la jet pump effectué pour des puissances de la machine bien plus importantes que celles pour lesquelles elle a été testée. Des nouvelles géométries de jet pump réalisées par imprimantes 3D au sein du Limsi seront testées prochainement afin d’approfondir la contribution de la jet pump.

Générateur d’onde thermoacoustique instrumenté pour des mesures LDV et de pression acoustique.

 

Profils de la pression et de la vitesse acoustique théorique et expérimental dans un générateur d’onde.

 

Par ailleurs, dans le cadre du projet ENERMODEON (Labex-LaSIPS) des travaux de simulation numérique utilisant le code commercial Comsol Multiphysics, ont permis de valider le modèle physique sur un moteur à onde stationnaire [Mahdaoui et al., 2016]. L’objectif final est de déterminer par la simulation numérique 3D, l’influence de la jet pump sur le streaming de Gedeon en prenant en compte les effets de couplages acoustiques entre tous les éléments du générateur d’onde thermoacoustique. Les résultats obtenus et illustrés sur la figure ci-dessous montrent bien la présence d’un écoulement moyen d’ordre 2 se caractérisant par la présence de structures bien distinctes et de tailles différentes selon que l’on se trouve en amont ou en aval du stack.

Theme2 Thermoac flow
Topologie de l’écoulement moyen dans un générateur d’onde stationnaire

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RAPPORTS SCIENTIFIQUES

Rapport scientifique

 

Le LIMSI en chiffres

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