الدراسة التجريبية لمبرد ترموصوتي

الملخص

يهتم العلم الترموصوتي بدراسة التفاعل بين الظواهر الصوتية والظواهر الحرارية، مثل تحويل الطاقة الصوتية إلى طاقة حرارية (حالة المبرد)، وبالعكس في حالة المحرك. يُترجم هذا التفاعل في حالة المبرد  بانتقال الحرارة ضمن الطبقة الحدية الحرارية بشكل مواز للجدار نتيجةً لرد فعل الموجة الصوتية مع الجدار. تحدث هذه الظاهرة ضمن المبرد الترموصوتي بفضل استخدام مجداد مؤلف من صفائح متوازية ومتراصة تدعى (Empilement) كما في حالة السيراميك، أو من حبيبات كروية تحصر فيما بينها مسامات فراغية مشكلة ما يسمى بالوسط المسامي كما في حالة رمل الصوان (Silice). يتوضع هذا المجداد ضمن مرنان صوتي يُنتج موجة صوتية عالية المستوى عندما يتم تحريضه بتردد طنين، مسبباً حدوث الأثر الترموصوتي الذي يخلق فارقاً في درجة الحرارة بين طرفي المجداد. إن إضافة مبادلات حرارية على كلا طرفي المجداد يسمح باستخلاص الحرارة من جهة وتفريغها من جهة أخرى. يتضمن هذا البحث التحديد الدقيق لشروط عمل هذا المبرد و دراسة المجداد، ثم تحديد ترددات المرنان تجريبياً، وكذلك دراسة تأثير تنوع طبيعة مادة المجداد على هذه الترددات. يتم في المحاولات الأولية تحديد شروط عمل المبرد النموذجي، و دراسة مادة رمل الصوان على شكل حبيبات كروية. وفيما بعد يتم التحديد الأمثل للمبادلات الحرارية من أجل الحصول على مبرد ترموصوتي تام.

La thermoacoustique concerne l'étude de l'interaction entre des phénomènes acoustiques et des phénomènes thermiques: conversion d'énergie acoustique en énergie thermique (cas réfrigérateur) et inversement (cas moteur). Elle se traduit, dans le cas réfrigérateur, par un transport de chaleur dans la couche limite thermique lors de  l'interaction d'une onde acoustique et d'une paroi. Dans un réfrigérateur thermoacoustique, ce phénomène est exploité au moyen d’un régénérateur constitué des empilements des plaques parallèles comme dans le cas de cordiérite, ou des grains granulaires produisant le milieu poreux comme dans le cas de l’Aérogel de silice. Ce régénérateur est placé dans un résonateur acoustique qui crée une onde acoustique de fort niveau où l’effet thermoacoustique induit une différence de température entre les extrémités du régénérateur. L’ajout d’échangeurs de chaleur de part  et d' autre de l’empilement permet d’extraire la chaleur d’une part et de l’évacuer de l’autre. Le but de cette rescherche est  de déterminer de façon fine les modes de fonctionnement de réfrigérateur, ainsi, l’étude du régénérateur; et de déterminer expérimentalement les fréquences de résonance, ensuite l'étude de l’influence de variation de la nature de matériau du « Stack » sur ces fréquences. Enfin, les échangeurs de chaleur pourront être optimisés afin d'aboutir à un réfrigérateur thermoacoustique complet.