Réfrigération thermoacoustique

L'effet thermoacoustique est basé sur la conversion d'énergie acoustique en flux thermique, et vice versa. La réfrigération thermoacoustique reposant sur cet effet est une technologie en plein développement. Ses principaux avantages en comparaison des techniques de réfrigération traditionnelles sont:

• un fluide de travail à l'impact environnemental nul (mélanges de gaz nobles, air).
• une architecture simple (pas de pièce mobile): robustesse, fiabilité, miniaturisation des systèmes thermoacoustiques.
• un possible couplage entre réfrigérateur et moteur thermoacoustique: management thermique,
  recyclage de la chaleur perdue.

Les recherches menées au sein de l'équipe thermoacoustique depuis 1993 portent sur l'étude des réfrigérateurs thermoacoustiques en vue de leur miniaturisation. Nous nous intéressons plus particulièrement au transport non-linéaire de chaleur aux interfaces entre le stack et les échangeurs de chaleur, et aux écoulements secondaires apparaissant à fort niveau acoustique à ces endroits. Diverses approches sont développées pour caractériser ces phénomènes: analytique, numérique (DNS), ou encore expérimentale (PIV, fil chaud, fil froid, capteurs MEMS, ...).
Collaborations: LAUM (Université du Maine, France), ENSIM (Université du Maine, France), Université McGill (Montréal QC, Canada), The Johns Hopkins University (Baltimore MD, USA).

Maquettes de réfrigérateurs thermoacoustiques de faible encombrement réalisées au LMFA (contrat DGA).

Etablissement de la différence de température entre les extrémités du stack (contrat ANR MicroThermoAc). Un gradient de température de 15K environ est obtenu le long d'un stack de 30mm de long, à DR=3%, dans des conditions non-optimales de fonctionnement. La ligne continue représente les résultats expérimentaux, et les tirets représentent le modèle analytique. Résultats d'expériences réalisées avec un stack instrumenté de micro-capteurs MEMS (collaboration avec l'ENSIM) et comparaison avec un modèle analytique développé en collaboration avec le LAUM.

Flux de chaleur extrait de l'échangeur froid vers le stack en fonction des caractéristiques géométriques de l'échangeur (contrat DGA). Evolution du flux de chaleur en fonction de la distance séparant le stack de l'échangeur froid (gauche) et en fonction de la longueur de l'échangeur froid (droite). La configuration géométrique optimale pour le flux est différente de celle prédite par la théorie linéaire. Résultats de simulations numériques directes extraits de Marx D. & Blanc-Benon Ph., 2004, AIAA Journal, 42(7), 1338-1347. download pdf

Oscillations des couches de cisaillement derrière un stack thermoacoustique à fort niveau acoustique (contrat ANR MicroThermoAc). Cartographies de vorticité et contours de |Gamma_2|=2/pi à DR=1%, u=2 m/s (haut) et DR=4%, u=8 m/s (bas). Résultats de mesures PIV extraits de Berson A. & Blanc-Benon Ph. (2007), J. Acoust. Soc. Am., 122(4), EL122-127. (download pdf)

Ecoulement entre un stack et un échangeur de chaleur lui faisant face (contrat ANR MicroThermoAc). Cartographies de vorticité et contours de |Gamma_2|=2/pi à DR=1%, u=1.3 m/s (haut) et DR=5%, u=6.5 m/s (bas). La distance séparant le stack de l'échangeur est g=0.7mm (gauche) et g=2.3mm (droite). Résultats de mesures PIV extraits de Berson A. & Blanc-Benon Ph. (2007), J. Acoust. Soc. Am., 122(4), EL122-127. (download pdf)

• nos publications
• Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine
• Energy research Centre of the Netherlands
• Los Alamos National Laboratories
• Penn State University
• Université McGill (Prof. Mongeau)
• University of Adelaide
• The Power of Sound (article sur americanscientist.org)

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