Numerical simulation of thermoacoustic heat pumping inside a compact cavity
Simulation numérique du pompage de chaleur thermoacoustique en cavité compacte
Abstract
On s’intéresse à l’étude numérique du pompage de chaleur thermoacoustique le long d’un empilement de plaques (stack) placé dans une cavité compacte soumise à un écoulement oscillant. Les longueurs caractéristiques de la cavité sont petites devant la longueur d’onde associée à la fréquence d’oscillation. Les champs de vitesse et de pression sont contrôlés par deux sources oscillantes : une source principale (ou source de pression) qui pilote les phases de compression et de détente du fluide, et une source secondaire (ou source de vitesse) qui agit comme un déplaceur à l’intérieur de la cavité. La simulation numérique de l’écoulement est réalisée à l’aide d’un code résolvant les équations de Navier-Stokes discrétisées à l’ordre 2 en temps et en espace. Le domaine étant acoustiquement compact, un modèle numérique basé sur l’hypothèse de faible nombre de Mach est utilisé pour représenter les effets de compression et de détente du fluide se produisant au cours d’un cycle thermo- acoustique. Dans un souci de simplification, la configuration géométrique choisie est bidimensionnelle. Nous étudions l’influence de plusieurs paramètres liés à la géométrie et aux propriétés thermophysiques des plaques du stack, à la variation de pression acoustique, à la vitesse de déplacement du fluide ainsi que celle du déphasage entre les sources sur la différence de température moyenne obtenue en régime périodique. Les résultats sont comparés aux résultats expérimentaux de G. Poignand et al. (Acta Acustica United with Acustica, 2011) ainsi qu’aux relations analytiques proposées par G. Poignand en s’inspirant de la théorie linéaire de Rott.
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