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Communication Dans Un Congrès Année : 2022

Etude théorique et numérique du couplage entre le streaming de Rayleigh et le transfert de chaleur à fort niveau acoustique dans un résonateur

Résumé

Le couplage entre les effets thermiques et le streaming de Rayleigh dans un guide d'ondes stationnaires est analysé théoriquement et numériquement. L'approche numérique est guidée par l’étude théorique. Cette dernière démontre que des tourbillons tournant en sens inverse du streaming de Rayleigh peuvent se former si le nombre de Reynolds non linéaire dépasse une valeur dépendant de la fréquence des ondes et des propriétés thermophysiques du fluide et de la paroi solide entourant le résonateur. Cette étude analytique démontre également l’importance de la présence d’une paroi conductrice d’épaisseur non nulle. Une configuration numérique est introduite afin d’étudier l'évolution de la structure de l'écoulement moyen et du champ de température moyenne à des niveaux acoustiques élevés. Cette configuration permet d’éviter dans la simulation l’apparition d’ondes de choc, qui ont un fort impact sur le champ de température moyen alors qu'elles sont absentes dans les expériences. La conduction thermique est prise en compte dans la paroi du résonateur. Au fur et à mesure que le niveau acoustique augmente, on observe que le champ de température moyenne se stratifie transversalement. Les simulations montrent la pertinence du critère développé analytiquement pour caractériser l'apparition de nouvelles cellules de streaming contrarotatives à proximité des ventres de vitesse acoustique. Pour des niveaux acoustiques plus élevés, ces nouvelles cellules évoluent en des zones stagnantes de plus en plus étendues où la vitesse de l’écoulement moyen est très faible, et les contours de température sont stratifiés longitudinalement. Les résultats analytiques et numériques sont cohérents entre eux, ainsi qu’avec les observations expérimentales, montrant que le couplage intrinsèque entre les effets thermiques et le champ acoustique à des niveaux élevés est très bien décrit par le critère théorique et les simulations numériques.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-03848244 , version 1 (10-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03848244 , version 1

Citer

Virginie Daru, Catherine Weisman, Diana Baltean-Carlès, Hélène Bailliet. Etude théorique et numérique du couplage entre le streaming de Rayleigh et le transfert de chaleur à fort niveau acoustique dans un résonateur. 16ème Congrès Français d'Acoustique, CFA2022, Société Française d'Acoustique; Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique, Apr 2022, Marseille, France. ⟨hal-03848244⟩
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