Étude d'un générateur thermoacoustique MHD pour une application spatiale

Study of a thermoacoustic MHD generator for space application

• Auteur / Autrice : Cédric Vogin
• Direction : Antoine Alemany
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Cette étude concerne la production de courant électrique par un procédé mettant à profit l’effet thermo-acoustique pour convertir l’énergie thermique en énergie mécanique et la Magnétohydrodynamique pour convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. Cette technologie est particulièrement adaptée à l'exploration spatiale du fait qu’elle n’utilise aucune pièce mécanique mobile ni aucune circulation de fluide. Le principe thermoacoustique, qui concerne la première partie de ce mémoire, utilise un gradient thermique imposé le long de petites plaques insérée longitudinalement dans un tube, « le stack », pour générer spontanément une onde de pression qui se propage à la vitesse du son entre les deux extrémités fermées de ce tube. Cette oscillation de pression s’accompagne évidemment d’une oscillation de vitesse du fluide. Lorsque cette oscillation est générée au sein d’un liquide conducteur de l’électricité elle peut être convertie en énergie électrique par interaction avec un champ magnétique. Cette interaction qui met en œuvre les principes de la magnétohydrodynamique est décrite dans la deuxième partie de ce mémoire. Le travail effectué est alors centré sur les générateurs MHD à conduction. Il tient compte des différentes conditions rencontrées (nombre de Reynolds, nombre de Reynolds magnétique, nombre de Hartmann…) et de l'influence de toutes les pertes et perturbations capables de réduire le rendement du système.

This study concerns the electrical current production by a thermoacoustic effect for the conversion of thermal energy into mechanical energy and a magnetohydrodynamic (MHD) effect for the conversion of mechanical energy into electrical energy. This technology is particularly adapted to space exploration since it uses neither solid moving part nor fluid circulation. The thermoacoustic principle, in the first part of this study, uses a thermal gradient imposed along some short plates inserted longitudinally in the tube, the ''stack'', to spontaneously creates an oscillating pressure wave propagating at the sound speed between both tube extremities. A velocity oscillation is connected to this pressure oscillation. When this oscillation is generated in an electrically conducting fluid, it can be converted into electricity by interaction with a magnetic field. This magnetohydrodynamic interaction is described in the second part of this study. The work is then focused on the MHD conduction generators, it takes into account different conditions (Reynolds number, magnetic Reynolds number, Hartmann number…) and the influence of all the perturbations and losses able to decrease the system's efficiency.