Thèse soutenue

Modélisation numérique des phénomènes non linéaires acoustiques en fluide thermovisqueux : application à l'étude des écoulements redressés et des transferts thermiques en résonateurs

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Auteur / Autrice : Abdennour Boufermel
Direction : Nicolas JolyPierrick Lotton
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Acoustique
Date : Soutenance en 2010
Etablissement(s) : Le Mans
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans

Résumé

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La propagation acoustique à fort niveau s'accompagne généralement de phénomènes secondaires non linéaires. Parmi ces phénomènes, la génération d'écoulements secondaires redressés et le transfert de chaleur induit par l'acoustique (processus thermoacoustique) font l'objet du travail présenté dans ce mémoire de thèse. Plus précisément, l’objet du mémoire est de présenter et de valider une formulation théorique adaptée à la modélisation numérique des phénomènes non linéaires à partir de codes de calcul usuels, avec un minimum d’approximations. Les écoulements redressés et l’effet thermoacoustique présentant des échelles de temps grandes devant la période acoustique, la description théorique est réalisée sur la base d’une séparation des échelles de temps : (i) calcul du champ acoustique oscillant en régime harmonique au cours de la période acoustique, en tenant compte des effets de couches limites thermique et visqueuse, (ii) recherche des solutions des équations de conservation qui décrivent les phénomènes non linéaires lents, en utilisant la vitesse de transport de masse comme variable. L’usage de cette variable permet aux équations de conserver une forme classique en dynamique des fluides, les effets non linéaires étant traduits par différents termes sources aux seconds membres de ces équations. Cette modélisation numérique est appliquée à l’étude de machines thermoacoustiques de deux types (machine à onde progressive, machine à onde stationnaire), à l'intérieur desquelles les écoulements redressés et les transferts thermiques sont analysés séparément. Après validation sur des configurations particulières correspondant à des études analytiques antérieures, des résultats originaux sont présentés, concernant notamment l’effet de la courbure d'un résonateur annulaire sur l’écoulement redressé ou encore l’insertion d’un empilement de plaques solides fines (stack) à l’intérieur du résonateur.