Analyse expérimentale des champs acoustiques par méthodes optiques et microcapteurs de température et de pression

par Yannick Bailly

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Jean-Pierre Prenel.

Soutenue en 1998

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail présente une analyse originale des phénomènes acoustiques basses fréquences à l'intérieur et aux frontières des guides d'ondes cylindriques. Avec l'hypothèse des basses fréquences réduites, on dresse un modèle théorique de la propagation acoustique d'abord pour le tuyau de longueur infinie puis pour le tuyau réel. On introduit alors les phénomènes de déphasage à la réflexion en utilisant notamment la notation complexe. Dans l'analyse expérimentale, on s'intéresse à toutes les grandeurs physiques mesurables. Dans un premier temps, on utilise un capteur de pression miniature pour accéder à la grandeur acoustique habituelle : la pression. On montre ensuite comment une jonction thermoélectrique de dimension extrêmement réduite (0,5 micron-mètre) permet de mesurer une seconde grandeur thermodynamique : la température. On retrouve alors expérimentalement les profils de la température et de la pression dans le résonateur et notamment au niveau de la couche limite thermique. Ces mesures simultanées permettent également de déterminer un coefficient polytropique caractéristique des transformations thermodynamiques réelles qui régissent les phénomènes acoustiques. Pour compléter cette analyse, on utilise les méthodes optiques qui donnent accès à l'élongation acoustique et à la structure des écoulements au voisinage des dioptres (phénomènes tridimensionnels). Les techniques de visualisation développées sont largement décrites à la fois sur le plan théorique et sur le plan expérimental. Enfin, on montre comment la technique de vélocimétrie laser par franges d'interférences permet de reconstituer les évolutions temporelles du champ des vitesses dans le résonateur. Là encore on retrouve le profil théorique de la couche limite dynamique.

  • Titre traduit

    Experimental analysis of acoustic fields by means of optical methods and both temperature and pressure microsensors


  • Résumé

    This work presents an original analysis of acoustic phenomena (low frequencies) inside and at the frontiers of cylindrical waves guides. With the hypothesis of the low reduced frequencies, we propose a theoretical model of the acoustic propagation, first for the infinite length duct and then for the real duct. Then we introduce phase lag phenomena to the reflection by using notably the complex notation. In the experimental analysis, we investigate all measurable physical quantities. In a first time, we use a miniature pressure sensor to access to the acoustic pressure. Then, we show how a thermoelectric junction of extremely reduced dimension (0. 5 micrometers) allows to measure a second thermodynamic quantity : the temperature. Thus, we find the temperature and the pressure experimental profiles in the resonator and notably in the thermal boundary layer. These simultaneous measurements also allow to determine a polytropic coefficient that charcterizes real thermodynamic transformations that govern acoustic phenomena. To complete this analysis, we develop several optical methods that allow to access to the acoustic elongation and to the flow structure at the openedend. Visualization techniques are largely described both on the theoretical plan and on the experimental plan. Finally, we show how a Laser Doppler Velocimeter (interference fringes) allows to reconstitute temporal evolution of the velocity field in the resonator. Again, we obtain the theoretical profile of the dynamic boundary layer.

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Informations

  • Détails : 196 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-196

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  • Cote : TH-BAI-98

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  • PEB soumis à condition
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