Sommaire: Etudes thermoacoustiques en résonateurs annulaires, mesure des écoulements redresses par Vélocimétrie Laser Doppler, et contrôle actif de l’amplification thermoacoustique

Table des gures
Introduction generale
Contexte de l’etude et etat de l’art
Objectif du travail et plan du document
I Etude de la distribution spatiale du champ acoustique et des ecoulements redresses en resonateur annulaire
1 Champs de vitesse en resonateur annulaire
1.1 Introduction
1.2 Systeme etudie
1.3 Champ acoustique en resonateur annulaire
1.3.1 Hypotheses simplicatrices
1.3.2 Grandeurs en usage
1.3.3 Equations fondamentales
1.3.4 Conditions aux limites
1.3.5 Expressions des variables acoustiques en fonction de la pression acoustique
1.3.6 Pression et debit acoustique
1.3.7 Couplage entre le guide d’onde et les sources acoustiques
1.3.8 Onde acoustique a caractere progressif
1.3.9 Taux d’ondes progressives
1.4 Ecoulement redresse en resonateur annulaire
1.5 Conclusions
2 Mesure des champs de vitesses en resonateur annulaire par VLD
2.1 Introduction
2.2 Presentation du prototype experimental
2.3 Velocimetrie Laser Doppler
2.3.1 Principe de la VLD
2.3.2 Dispositif experimental utilise
2.3.3 Traitement des donnees
2.4 Procedure de mesure
2.5 Mesure preliminaire du temps de stabilisation des champs de vitesses
2.6 Mesure des vitesses particulaires acoustiques par VLD
2.6.1 Prol longitudinal de la vitesse particulaire acoustique
2.6.2 Prol transverse de la vitesse particulaire acoustique
2.7 Mesure des vitesses d’ecoulements redresses par VLD
2.7.1 Prol longitudinal de la vitesse de l’ecoulement redresse
2.7.2 Prol transverse de la vitesse de l’ecoulement redresse
2.7.3 Moyenne sur une section de la vitesse de l’ecoulement redresse
2.8 Conclusions & perspectives
II Etude d’un systeme de contr^ole actif de l’amplication thermoacous-tique en generateur d’ondes thermoacoustique annulaire
3 Prototype experimental et methode de caracterisation du champ acoustique
3.1 Introduction
3.2 Presentation du prototype experimental
3.2.1 Resonateur, noyau thermoacoustique et echangeurs de chaleur
3.2.2 Systeme de controle du champ acoustique et instrumentation
3.3 Methode du doublet microphonique
3.4 Conclusions
4 Controle actif de l’amplication thermoacoustique
4.1 Introduction
4.2 Determination du seuil de declenchement de l’instabilite thermoacoustique
4.3 Champ acoustique sous le seuil de declenchement
4.3.1 Frequence de resonance et facteur de qualite du systeme
4.3.2 Distribution du champ acoustique sous le seuil de declenchement
4.4 Champ acoustique au dessus du seuil de declenchement
4.5 Mise en uvre du systeme de controle actif
4.5.1 Choix du mode operatoire
4.5.2 Performances du generateur d’ondes thermoacoustique
4.6 Conclusions & perspectives
Conclusion generale
III Annexe
A Campagne de mesures au LEA
A.1 Contexte
A.2 Post{traitements des resultats de mesures VLD
A.3 Champs de vitesse mesures au LEA
A.4 Conclusions
Bibliographie

Extrait du mémoire Etudes thermoacoustiques en résonateurs annulaires, mesure des écoulements redresses par Vélocimétrie Laser Doppler, et contrôle actif de l’amplification thermoacoustique

Premiere partie: Etude de la distribution spatiale du champ acoustique et des ecoulements redresses en resonateur annulaire
Chapitre 1: Description analytique du champ acoustique et de l’ecoulement redresse en resonateur annulaire
1.1 Introduction
Dans la partie I de ce memoire de these, l’attention est particulierement portee sur l’etude experimentale des ecoulements redresses qui peuvent se developper dans un resonateur annulaire a l’interieur duquel une onde acoustique est entretenue au moyen de deux sources acoustiques localisees en paroi. Le but de ce premier chapitre est de proposer une estimation theorique des vitesses particulaires acoustiques et des vitesses d’ecoulements redresses attendues dans le systeme experimental qui fait l’objet du chapitre 2. Les resultats obtenus dans ce chapitre 1 constituent ainsi une reference theorique qui permet de valider les resultats experimentaux presentes dans la suite de cette premiere partie.

Etudes thermoacoustiques
Apres une breve description au paragraphe 1.2 du systeme theorique etudie, la seconde partie de ce chapitre est consacree a la description du champ acoustique entretenu dans le resonateur annulaire par les deux sources acoustiques (x 1.3). Les conditions pour lesquelles le champ acoustique dans le guide d’onde peut etre a caractere progressif sont en particulier precisees, ce qui permet ainsi de retrouver les conclusions obtenues par Amari et al. lors d’une etude anterieure sur un systeme academique similaire [2]. Sur la base des resultats obtenus pour le champ acoustique, une estimation des vitesses d’ecoulements redresses est ensuite proposee (x 1.4). Cette estimation permet d’obtenir la distribution spatiale theorique de la vitesse moyenne, sur une section du guide d’onde, de l’ecoulement le long du resonateur annulaire. Les resultats obtenus sont discutes en conclusion de ce chapitre avant d’^etre compares aux resultats experimentaux dans la suite de la premiere partie de ce memoire.

Etudes thermoacoustiques
1.2 Systeme etudie
Une representation schematique du resonateur annulaire considere dans ce chapitre, et correspondant au dispositif experimental decrit dans le chapitre suivant, est donnee a la gure 1.1.(a). Il s’agit d’un guide d’onde annulaire de section carree S d’arete a. La ligne mediane (reperee en pointilles sur la gure 1.1.(a)) forme un cercle de rayon R w dont le perimetre L = 2R constitue la longueur deroulee du guide. Deux sources acoustiques localisees aux positions s = 0 (ou s = L) et s = 3L=4 (s = L=2 representant la coordonnee curviligne reperant la position sur la ligne mediane) etablissent un champ acoustique dans le resonateur annulaire. Les amplitudes complexes des debits acoustiques et des pressions acoustiques generes par la source 1 localisee a la position s = 0 et par la source 2 localisee a la position s = 3L=4 sont notees respectivement ~ U 1;2 et ~p. Deux regions du guide d’onde peuvent etre denies : la region I, pour laquelle s 2 [0; 3L=4] et la region II pour laquelle s 2 [3L=4; L]. La structure du champ acoustique est controlee gr^ace a l’ajustement des amplitudes et des phases relatives des debits generes par ces deux sources. Le champ acoustique peut alors avoir les caracteristiques d’un champ stationnaire, d’un champ progressif ou de tout autre champ intermediaire (Cf. x 1.3.9).

Etudes thermoacoustiques
1.3 Champ acoustique en resonateur annulaire
Les variables acoustiques utilisees pour decrire le mouvement  du uide dans le resonateur annulaire sont la pression p, la vitesse particulaire ! v , la masse volumique , la temperature T et l’entropie massique S. Les expressions de ces variables sont obtenues a partir des equations fondamentales qui gouvernent le mouvement acoustique en uide visco{thermique, c’est a dire :
l’equation de Navier{Stokes, l’equation de conservation de la masse, l’equation de conduction de la chaleur et les equations d’etat necessaires a la fermeture du probleme. La resolution de ce systeme d’equations, associe aux conditions aux limites du probleme, est menee dans la suite de ce paragraphe en admettant certaines hypotheses simplicatrices resumees ci dessous.
1.3.1 Hypotheses simplicatrices
– Les equations de base sont linearisees, chaque variable peut alors etre separee en un terme d’ordre 0 (valeur moyenne reelle) et un terme complexe d’ordre 1 oscillant a la pulsation ! = 2f, f etant la frequence acoustique.
……..

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Mémoire Online: Etudes thermoacoustiques en résonateurs annulaires, mesure des écoulements redresses par Vélocimétrie Laser Doppler, et contrôle actif de l’amplification thermoacoustique (34.21 MB) (Cours PDF)