Développement et application de l'interférométrie holographique numérique pour l'acoustique et la thermoacoustique

Development and application of digital holographic interferometry for acoustics and thermoacoustics

• Auteur / Autrice : Li-jia Gong
• Direction : Guillaume Pénelet, Pascal Picart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 04/10/2018
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Lanzetta, Jean-Michel Desse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Blanc-Benon, Hélène Bailliet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Ondes -- Propagation

Moteurs thermoacoustiques

Interférométrie holographique

Mots clés libres

Thermoacoustique

Holographie numérique

Imagerie de phase

Combustion

Couches limites

Thermoacoustic

Digital holography

Phase imaging

Combustion

Boundary layers

Résumé

Ce manuscrit de thèse synthétise les travaux analytiques et expérimentaux que nous avons menés en interférométrie holographique numérique pour son application à l’étude de la propagation d’ondes acoustiques aux différents régimes de fonctionnement d’un moteur thermoacoustique. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à évaluer les limites du dispositif expérimental en termes de pression acoustique minimale détectable et de sensibilité aux perturbations extérieures, comme par exemple l’influence des sources acoustiques de forçage du résonateur thermoacoustique. Cette étude a permis de dresser une stratégie de corrections des mesures. Dans second temps, nous avons étudié les non linéarités de transport de chaleur au voisinage du stack d’un moteur thermoacoustique en analysant la composition harmonique des oscillations de masse volumique et de température. Un modèle analytique a été développé, qui mène à une équation différentielle non linéaire, résolue numériquement. Les résultats expérimentaux confrontés au modèle numérique ont montré une très bonne concordance. Dans une dernière partie, nous abordons le cas des sources de chaleur instationnaires et des couches limites. L’objectif de cette partie est de rendre compte du fruit d’un travail d’ouverture visant à évaluer l’intérêt potentiel de la technique d’interférométrie holographique pour la mesure du taux de dégagement de chaleur instationnaire responsable de la génération d’ondes acoustiques dans des systèmes tels que les turbines à gaz. Nous présentons également des résultats expérimentaux préliminaires sur l’étude des couches limites, ce qui ouvre une perspective à l’étude des couplages visqueux.

This thesis manuscript synthesizes the analytical and experimental work that we carried out in digital holographic interferometry for its application to the study of the propagation of acoustic waves at different operating modes of a thermoacoustic motor. First, we were interested in evaluating the limits of the experimental set-up in terms of minimum detectable sound pressure and sensitivity to external disturbances, such as the influence of the forcing by external sources of the thermoacoustic resonator. This study made it possible to draw up a strategy of corrections of the measurements. In a second step, we studied the non-linarites of heat transport in the vicinity of the stack of the thermoacoustic engine by analyzing the harmonic composition of the density and temperature oscillations. An analytical model has been developed which leads to a nonlinear differential equation, solved numerically. The experimental results confronted with the numerical model demonstrated a very good agreement. In a last part of the thesis, we consider the case of unsteady heat sources and boundary layers. The main goal of ths part is to report results of unsteady heat generation responsible for acoustics wave generation in systems such as gas turbines. We also present preliminary experimetal results on the study of bundary layers, which opens a perspective to the study of the viscous and thermal couplings which are at the origin of the thermoacoustic process.