Thermoacoustique, comment faire?

[dedeleco]

donne nous des ideés sur la conversion du son en énergie : je ne vois toujours rien de precis

j'ai mis par la passé des liens scientifiques, cette fois celui ci avec un cours des bases essentielles succinct :
http://www.sft.asso.fr/Local/sft/dir/us ... stique.pdf

traveling-wave thermoacoustic electricity generator
original :
http://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0 ... 0086v1.pdf
plus performant:
http://www.springerlink.com/content/y33h67h067146367/

http://en.wikibooks.org/wiki/Engineerin ... oacoustics
http://data.mecheng.adelaide.edu.au/avc ... as2005.pdf
http://digital.library.adelaide.edu.au/ ... ers1-4.pdf
http://www.acs.psu.edu/thermoacoustics/ ... atents.htm
http://www.acs.psu.edu/thermoacoustics/ ... ations.htm

Articles sérieux publiés :
http://www.mendeley.com/research/a-100- ... generator/
Je ne l'avais jamais mis car je le vois pour la première fois.

Il y en a en anglais varié de mémoire.

Les principes de base sont ceux des résonateurs, souvent 1/4 d'onde de taille donnée par la vitesse du son 330m/s pour l'air et le quart de la longueur d'onde. comme les orgues, flutes, 1/4m=25cm =330 Hertz, si à onde stationnaire .
mais il y a à onde progressive, donc plus large bande.
Comme les ondes et oscillateurs à rétroactions, on peut avoir des modes de fonctionnement très complexes, chaotiques, comme en électronique, radio, ondes courtes et microondes, domaine que je connais mieux; mais similaire.

Ensuite l'adaptation d'impédance est cruciale, avec des tuyaux de section variable, par résonances, voire en pavillon expansif, qui ont une large bande si bien construit et qui existent dans de grosses réalisations industrielles montrées en photos, (technique similaire à celle en radio, et microondes que je connais bien mieux).
Cela permet d'adapter déplacements et forces pour le transducteur qui peut être ce qu'on veut, si adapté, piston, hautparleur à membrane et bobine, piezoélectrique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_stati ... s_un_tuyau
http://fr.wikipedia.org/wiki/Imp%C3%A9dance_acoustique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29
http://www.quarter-wave.com/Horns/Horn_Physics.pdf
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tube_de_Kundt
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9son ... _Helmholtz
http://www.ventsdefolie.fr/Zeff/Articles/LCCCM07.pdf
http://petoindominique.fr/php/hp.php

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tuyau_d%27orgue

[chatelot16]

je fini par trouver le thermoacoustique interessant , pour cet assemblage echangeur et stack , mais pourquoi pas un simple piston a chaque bout , moins encombrant que les resonateur

grace a la finesse du stack et des echangeur les piston peuvent bouger a la vitesse maximum ... pas besoin de se limiter a une basse vitesse comme les stirling classique

mais je croi bien que c'est deja fait ! les stirling alpha qui tournent vite sont plus des thermoacoustique a 2 piston que des alpha

le stirling alpha generalement decrit a un cylindre chauffé , un cylindre refroidi , et un regenerateur entre les 2 ... j'ai toujours trouvé stupide de chauffer un cylindre : dommage pour les joint

si il y a un echangeur de chauffage entre le regenerateur ( qu'on peut aussi appeler stack ) le piston chaud n'a plus a etre chauffé , il peut meme etre refroidi

le stirling apha que je trouvait mauvais , devient le meilleur une fois traité comme un thermoacoustique

ces discussion sur le thermoacoustique ont été bien utile ! j'aitait parti dans la realisation de beta a multiple cylindre ... le alpha thermoacoustique sera meilleur et plus economique a realiser

et non le tour n'est pas fini : le alpha a encore un autre defaut : il faut passer la puissance de deplacement par le vilbrequin , avec perte et frottement ... seul un mouvement differentiel des 2 piston est moteur

le moteur beta ou gama a l'avantage de faire le deplacement sans frotement

le moteur beta ou gamma peut aussi etre transformé en thermoacoustique , en mettant des echangeur de chaleur autour du regenerateur

une fois les echangeurs bien placé comme un thermoacoustique les cylindres n'ont plus de role thermique et ca tournera aussi vite que la finesse des echangeur et stack le permet

[dedeleco]

Pour la remarque que la lamina flow engine est trop rapide par rapport à son piston, une solution haute fréquence audio, piezo simple et bien conçue qui a un meilleur rendement, si la fréquence est celle de résonance du piezo 3 à 6Khertz, piezo très peu cher, pris sur alarme son piezzo vendu partout (0,5€).
http://www.youtube.com/watch?v=SoKpkTRa ... creen&NR=1
et détails très simples de construction, mais efficaces, avec une bonne compréhension de la physique :
http://www.youtube.com/watch?v=7BfQVYQgJgk

Je pense que ce type est à essayer pour bien cerner les problèmes et optimiser en restant simple, avant de réaliser plus gros et plus complexe.
Néanmoins je ne comprend pas comment la lamina flow, à fréquence élevée peut marcher avec un piston basse fréquence, même un peu, je pense qu'il faut comprendre aussi mieux, le stack semble marcher sur toutes les fréquences.

Le piezo a un bon rendement à sa résonance autour de quelques KHertz, à mesurer et à adapter l'impédance, mais il permet de convertir la fréquence élevée de tubes court..


Je pense qu'il est important de bien comprendre le fonctionnement très détaillé dans beaucoup d'articles scientifiques avant de décider de la meilleure solution.

Une étude thèse donnant les bases théorie et expériences de la thermoacoustique :
http://alexandria.tue.nl/extra2/200112997.pdf
Un résumé :
http://kilby.sac.on.ca/physics/SPH4U/La ... 02002a.pdf
la meilleure position du stack dans le tube:
http://murphylibrary.uwlax.edu/digital/ ... /128_1.pdf

l'effet des gaz différents :
http://murphylibrary.uwlax.edu/digital/ ... /134_1.pdf
http://murphylibrary.uwlax.edu/digital/ ... /134_1.pdf

de gros engins écologiques :
http://www.ecn.nl/docs/library/report/2005/rx05159.pdf

Système pas trop cher :
http://data.mecheng.adelaide.edu.au/avc ... as2005.pdf

Un système performant et récent à regarder de près dans une revue prestigieuse:
A high performance thermoacoustic engine
http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v1 ... horized=no

ftp://ecn.nl/pub/www/library/report/2010/m10071.pdf
http://www.ecn.nl/docs/library/report/2011/m11061.pdf

[chatelot16]

le moteur lamina flow ne marche pas a haute frequence

un tampon de paille de fer ne peut pas servir de stack thermoacoustique

un bon stack doit faire des echange thermique mais laisser passer l'onde sonore sans perte ... la paille de fer etouffe completement l'onde sonore

la paille de fer n'a qu'un role d'inertie thermique

le lamina flow n'est qu'un petit moteur jouet qu'il ne faut surtout pas citer comme example de thermoacoustique

a l'opposé le moteur sunmachine et incomprehensible avec la description habituelle des moteur alpha : vu comme un thermoacoustique a piston c'est beaucoup plus clair

[dedeleco]

Si on parle de la même paille de fer, très lâche je ne pense pas que

la paille de fer étouffe complétement l'onde sonore

car pleine de trous très lâche où l'air circule facilement.
La paille de fer peut être étirée très facilement pour régler la distance entre les feuilles de paille à ce que on veut.
donc ajustable au moins pour des essais simples.

Il faut chiffrer avec précision en lisant avec soin la physique sur la thermoacoustique, viscosité et conductivité thermique.
Cela est décrit dans ces articles déjà donnés par une longueur caractéristique de pénétration visqueuse qui donnent les principes physiques essentiels :
surtout paragraphes 2 et 3,6 de :
http://kilby.sac.on.ca/physics/SPH4U/La ... 02002a.pdf
voir aussi :
http://murphylibrary.uwlax.edu/digital/ ... /134_1.pdf

IL faut calculer ce delta(nu) = racine(2xviscosité cinématique/(pulsation oméga))
{ rac =racine carrée }
qui doit être plus petit que la distance entre parois du stack, car sinon l'écoulement alternatif est bloqué exponentiellemnt.

viscosité cinématique = 15,6x10-6m2.s
http://fr.wikipedia.org/wiki/Viscosit%C ... %A9matique

et donc à la fréquence de période T=1s il donne une valeur très proche de la diffusion thermique (19 à 20 contre 15,6 ) soit :
Racine (15,6/pi)mm=2,2mm soit 2,2.rac( T )mm

thermique donne delta(k)=rac(19/pi)mm=2,46mm soit 2,46.rac( T ) mm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_diffusivity

Aussi si la distance entre les parois du stack sont plus grandes que ces distances (qui décroissent avec la fréquence) on est bien dans l'approximation simplificatrice de ces articles :

The thermal and viscous penetration depths are smaller
than the spacing in the stack: dk ; dm  y0. This assumption
leads to the simplification of Rott’s
functions, where the complex hyperbolic tangents
can be set equal to one [1,3].

D'autre part, il faut qu'une forte partie du gaz soit proche de la longueur thermique pour un bon échange thermique et au dessus de celle visqueuse, qui bloque près des parois, ce qui est assez difficile vu leur proche égalité !!
Donc le choix du gaz doit être celui avec delta(k) très supérieur à delta(nu), mais pas facile, car le phénomène physique dans le gaz est le même pour les deux, agitation des molécules avec parcours moyen et collisions qui déterminent la viscosité (transfert d'impulsion) et thermique (transfert d'entropie) .
donc il est écrit paragraphe 3-6:

[b]As can be seen from Fig. 2 for a parallelplates
stack Imð
fkÞ has a maximum for rh=dk ¼ y0=dk
¼ 1:1. Since the spacing in the stack is 2y0,[/b

]
donc il faut à l'optimum que l'épaisseur des plaques de stack soit proche de 2x1,1xdelta(k) soit :
2,2x2,46.racT= 5,4.racT mm

Donc à haute fréquence comme 100 Hertz avec T=0,01, l'espace entre parois doit être voisin de 5,4.racT=0,54 mm
A 3 KHertz il faut 5,4/rac(3000)=0,1mm
accessible dans la paille de fer un peu étirée, de façon adéquate, à mon impression.

Vu qu'il faut un fort gradient thermique, il faut un stack diminuant de longueur totale avec la fréquence, (lié à la longueur d'onde) entre les deux T extrêmes, aussi pour diminuer les pertes visqueuses.

Ces deux vidéos respectent à peu près ces conditions :
http://www.youtube.com/watch?v=SoKpkTRa ... creen&NR=1
avec les détails de réalisation avec stack de 1mm d'épais en laine de fer :
http://www.youtube.com/watch?v=7BfQVYQgJgk

Donc je pense qu'il faut réaliser des essais préliminaires comme sur cette vidéo pour bien comprendre et voir concrètement les effets des changements des dimensions et matériaux.
Néanmoins,il est certain qu'il vaut mieux des tubes en autre chose que du cuivre entre le chaud et froid, trop conducteur de la chaleur, pour avoir un bon rendement à la fin.

Plus en détais:
http://alexandria.tue.nl/extra2/200112997.pdf

[dedeleco]

Les bases fondamentales nécessaires pour une bonne réalisation :
http://murphylibrary.uwlax.edu/digital/ ... 3148_1.pdf

Un exposé simple et clair :
http://ajp.aapt.org/resource/1/ajpias/v ... horized=no

Les principes directeurs, les problèmes résolus, très fondamentaux aussi pour une réalisation efficace à savoir :
http://lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/JASA03Cascade.pdf

des problèmes importants :
http://lanl.gov/projects/thermoacoustic ... eaming.pdf

Une belle collection de possibles réalisations différentes :
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/ICSV9.pdf
http://www.lanl.gov/projects/thermoacou ... Pumped.pdf

info utile :
http://md1.csa.com/partners/viewrecord. ... cookie=yes

Un gros système puissant :
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/Pub ... cwLAUR.pdf

[bleusideral]

c'est passionnant tout cela , très développé en étude métaphysique, mais dommage que les doc sont en Anglais, trop long a traduire tout cela , n'y a t il pas de versions Françaises ?

[chatelot16]

je suis juste capable de comprendre ce qui m'interresse dans ces doc en anglais , mais vraiment pas capable de les traduire corectement

mais pas d'illusion ... il y a des chose interressante , mais dilué dans beaucoup de chose a prendre avec mefiance

celui qui aurait mis au point un bon moteur ne va pas tout mettre en detail sur le net pour qu'on le fabrique a sa place

on ne trouve que des document presentant des detail que sur une partie du sujet et des generalité sur le reste , et il faut un enorme travail de synthese pour en tirer quelque chose

aucun document internet ne me suffit pour avancer ... les idée que je devellope vienent de toutes les origines , autant les vieux livre de mecanique a vapeur que les document internet

j'aime bien le dernier
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/Pub ... cwLAUR.pdf

on y voit un couplage de moteur thermoacoustique chauffé au methane qui produit du son pour un refrigerateur thermoacoustique qui refroidi et liquéfie du methane : ca evite le point faible du thermoacoustique qui est la conversion du son a l'energie electrique ou mecanique

il obtiennent des resultat en % du methane brulé par rapport au methane liquéfié ... et les resultat me paraissent moins bon que la solution classique moteur a explosion a gaz et liquefaction classique a compresseur

[bleusideral]

="chatelot16
mais pas d'illusion ... il y a des chose interressante , mais dilué dans beaucoup de chose a prendre avec mefiance

celui qui aurait mis au point un bon moteur ne va pas tout mettre en detail sur le net pour qu'on le fabrique a sa place

Je m'en doutais un peu quand même , mais il faudrait tellement de temps a tout traduire en prenant le "train en marche" que cela ne vaut la peine, toutefois le sujet reste dans son fondement hautement interressant et forcement à suivre et à dévellopper [/quote]

[dedeleco]

J'ai surtout mis les articles avec les principes physiques à assimiler et respecter, accessibles sur internet.
Il y en a beaucoup d'autres dans des revues, qu'avec l'abstract sur internet.
Presque rien en Français, et encore l'anglais est la langue internationale, mais si les chinois continuent, on risque d'avoir besoin d'apprendre le chinois un jour !!

Les articles très importants de découverte ou de performances sont publiés dans des revues prestigieuses qui ne donnent la publication détaillée qu'en payant !!

Les réalisations industrielles copiables sans réfléchir et sans comprendre, ne sont jamais données, surtout avec brevets en cours !!
Mais la compréhension physique permet de reproduire en respectant les différents phénomènes physiques.

Mais même pour des pistons, il est crucial de bien comprendre les bases physiques, sinon rendement mauvais, par incompréhension de la physique du stack, thermique, visqueux, écoulements (streaming), longueurs de diffusion, thermique et visqueuses cruciales, à toujours avoir en tête, etc..

Donc j'insiste, il faut faire l'effort de comprendre la physique et les formules, en anglais, vu que même les Français publient en anglais et pas l'essentiel en Français !!
Je pense qu'une réalisation d'essai pas chère, comme sur la vidéo peut aider beaucoup.

La traduction google peut aider, au moins à ne pas tourner les pages du dictionnaire.
On apprend et on comprend les termes techniques en lisant beaucoup d'articles.
Après inutile de traduire.
Aucune réalisation un peu pointue ne peut être réalisé sans lire l'anglais et suffisamment de connaissances physiques et scientifiques de base.

J'avais mis un article récent avec bon meilleur rendement que ce gros système déjà ancien, mais seul l'abstract est accessible dans la revue prestigieuse (breaktrough) :
http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v1 ... horized=no
il doit y avoir beaucoup d'informations sur les éléments cruciaux de choix, clairs pour les spécialistes, protégés par brevet.

sera développé industriellement

mais c'est déjà bien développé depuis 30 ans de développement industriel et de recherche combiné.
En France le nucléaire bloque le reste à essayer d'éviter un futur Fukushima en France, inévitable, tôt ou tard, vu que les hommes ne peuvent pas être infaillibles à perpétuité.