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dossier :

Convertisseurs thermoacoustiques - Effet thermoacoustique

Dossier : BE8060
Date de parution : 07/2008
Disponible dans la base :
Génie énergétique
par Philippe NIKA

Professeur, université de Franche-Comté, CNRS

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base documentaire « Génie énergétique »

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sommaire :

La thermoacoustique est une discipline relativement jeune au carrefour de la thermodynamique, de la thermique et de l'acoustique. Elle offre des effets très variés basés sur l'interaction entre un fluide en écoulement oscillant et une paroi solide présentant une répartition de température donnée. Ces effets complexes trouvent déjà des applications concrètes dans le refroidissement et la liquéfaction des gaz ainsi que dans de nouvelles générations de convertisseurs d'énergie thermique en énergie électrique de la même classe que les machines de Stirling à apport de chaleur externe. Une caractéristique des systèmes thermoacoustiques réside dans le fait qu'ils ne nécessitent pas ou peu de pièces en mouvement, présentant de ce fait un intérêt indéniable sur des convertisseurs classiques.

Cet article est le premier d'une série consacrée à la thermoacoustique ; les suivants sont :

  • l'article [BE 8 061] consacré aux moteurs et générateurs thermo- acoustiques;
  • l'article [BE 8 062] qui traite du dimensionnement et de la modélisation des systèmes thermoacoustiques ;
  • l'article [BE 8 063] qui décrit les réalisations et combinaisons de moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques.
Notations et symboles

Symbole

Unité

Définition

A

m2

section

11832509

 

facteur de blocage (porosité)

c

m · s–1

célérité des ondes

cu

m · s2 · kg–1

capacité thermoacoustique par unité de longueur (vitesse)

cpg

J · kg–1 · K–1

capacité calorifique à pression constante du gaz

cpv

J · kg–1 · K–1

capacité calorifique à volume constant

dh

m

diamètre hydraulique

f0? (?s*)

 

fonction thermoacoustique

g0 (s*)

 

fonction thermoacoustique moyennée

11832510

 

partie imaginaire d'un nombre complexe

j

 

pur imaginaire

h

W · m–2 · K–1

coefficient de convection thermique

11832511

W · m–2

flux d'enthalpie axial

k

m–1

nombre d'onde

k

N · m–1

coefficient de raideur de ressort

keq

W · m–1 · K–1

conductivité thermoacoustique équivalente

kg

W · m–1 · K–1

conductivité thermique du gaz

11832512

kg · m–3

inductance thermoacoustique par unité de longueur (vitesse)

11832513

m

longueur

m

kg

masse

p

Pa

pression

p0

Pa

pression moyenne du gaz

per

m

périmètre d'un canal

Pr

 

nombre de Prandtl

11832514

W · m–2

flux de chaleur axial

11832515

 

partie réelle d'un nombre complexe

rh

m

rayon hydraulique

rT

 

résistance thermoacoustique de relaxation thermique

ru

kg · s–1 · m–2

résistance thermoacoustique par unité de longueur (vitesse)

S

m2

surface, section

T

K

température

t

s

temps

TOS

 

taux d'onde stationnaire

u

m · s–1

vitesse

11832516

m · s–1

amplitude de la vitesse moyenne axiale

11832517

m · s–1

amplitude de la vitesse second ordre

11832518

W · m–2

flux d'énergie acoustique

Wo

 

nombre de Womersley

x

m

abscisse

x*

m

élongation acoustique

y

m

coordonnée transversale

?T

K · m–1

gradient thermique pariétal

?crit

K · m–1

gradient thermique critique

?x

m

longueur du stack

d? , sk

m

épaisseurs des couches limites visqueuse et thermique

F

 

potentiel acoustique

GT

 

rapport des gradients thermiques pariétal et acoustique

?

 

rapport des capacités calorifiques à pression et volume constant

?

 

coordonnée transversale adimensionnelle

f

 

phase

?

m

longueur d'onde

µ

kg · m · s–1

viscosité dynamique

?

kg · m–3

masse volumique

11832519

kg · m–3

masse volumique moyenne du gaz

?

s–1

pulsation

Indices

   

a

amplitude

 

c

côté froid

 

e

entrée

 

g

gaz

 

h

côté chaud

 

s

sortie

 

t

parois

 




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