THERMOACOUSTIQUE
La thermoacoustique s'occupe des relations entre ondes sonores et transfert thermique. Les transferts
thermiques peuvent amplifier les ondes sonores et inversement les ondes sonores peuvent occasionner des
transferts thermiques contre nature, d'un point froid vers un point chaud (fonctionnement réfrigérateur ou
pompe à chaleur).
Ceux qui travaillent sur la combustion cherchent à minimiser cet effet, car il déstabilise la flamme,
occasionnant des imbrûlés et des vibrations destructrices auxquelles d'éventuelles parties mobiles sont
particulièrement sensibles.
Mais l'effet thermoacoustique peut être interessant car il produit du travail, de l'exergie, à partir d'un
transfert de chaleur (fonctionnement moteur ou machine thermique).
Sur cette page, nous nous attacherons à modéliser le cycle thermoacoustique et à optimiser son rendement
exergétique, afin d'atteindre le rendement de Carnot.
Les ondes:
Dans une onde sonore les particules de gaz subissent des variations de position, de vitesse et de pression,
généralement sinusoidales, en tout cas cycliques.
Une onde peut être progressive (en milieu ouvert) ou stationnaire (en milieu clos). Dans un milieu
monodimensionnel, une onde stationnaire est la superposition de 2 ondes progressives de sens opposés. Une
onde de pression s'exprime Pa(x,t)=F(x-a.t)+G(x+a.t), où x est l'abcisse, t le temps, a la vitesse locale du
son, Pa la pression acoustique locale instantanée, F et G des fonctions réelles continues et dérivables
presque partout, généralement périodiques de pulsation w (rad/s) et de longueur d'onde l=2ap/w. Pour une
onde stationnaire F=G, et pour une onde progressive F=0 ou G=0. On voit qu'il existe de nombreuses autres
possibilités mais la périodicité en un point n'est plus visible: c'est une sorte de clapotis ou de bruit.
Voici à gauche le
montage
thermoacoustique
standard et à droite
ce qu'on voudrait
réaliser. Le stack (la
pile de plaques) avec
son fort gradient
thermique amplifie les ondes sonores. Dans le montage
de droite ce rôle est assum