Comparaison des r´esultats du mod`ele ´electroacoustique et exp´erimentaux 58

cal-cul´es avec le mod`ele ´electroacoustique peuvent ˆetre compar´es aux r´esultats exp´erimentaux. La vitesse particulaire axiale est mesur´ee au centre du guide (r = 0), le long de l’axe du guide x `a l’aide d’un banc Laser VLD (chaˆıne 2). La pression est mesur´ee `a l’aide de deux microphones plac´es en deux points sym´etriques par rapport `a l’axe x = L/2 dans des tron¸cons en plastique pr´evus `a cet effet (voir Fig. 4.8). Cependant, avant d’effectuer des mesures de pression et de vitesse, des mesures pr´eliminaires sont n´ecessaires pour estimer le temps au bout duquel les ´ecoulements (´ecoulement acoustique et ´ecoulements redress´es) sont stables, temps de stabilisa-tion, et le nombre de particules par point de mesure VLD n´ecessaires pour une convergence des r´esultats.

4.3.1.1 Stabilisation et convergence des mesures exp´erimentales de vitesse

Dans un premier temps, les particules d’ensemencement sont ins´er´ees dans le guide d’onde. Les haut-parleurs sont ensuite rapidement mis sous tension. Un temps de stabilisation de l’ense-mencement, de l’´ecoulement acoustique et des ´ecoulements redress´es doit ensuite ˆetre respect´e. Puis des mesures VLD sont effectu´ees sur une section du guide d’onde. Ces points de mesures sur une section sont suffisamment rapproch´es pour d´ecrire les ph´enom`enes dans la couche limite acoustique (une centaine par section du guide d’onde). Un nombre de particules minimal par point de mesure doit ˆetre fix´e pour que les valeurs estim´ees par rapport aux mesures (amplitude et phase de la vitesse acoustique, vitesse des ´ecoulements redress´es) convergent.

4.3. R´ESULTATS EXP´ERIMENTAUX a) Stabilisation

Seul le r´egime permanent est consid´er´e lors des diff´erentes ´etudes de ce rapport. Les Fig. 4.10 et Fig. 4.11 pr´esentent le temps de stabilisation de l’amplitude de la vitesse acoustique (Eq. (2.23)) et de la vitesse des ´ecoulements redress´es (Eq. (2.15)) respectivement apr`es que le champ acous-tique soit cr´e´e (mise en marche des haut-parleurs). La Fig. 4.10 montre que le champ acousacous-tique est stable apr`es 5min et atteint 95% de sa valeur stabilis´ee apr`es 1min30s. La valeur stabilis´ee de chaque vitesse est suppos´ee ´egale `a celle mesur´ee `a 30min. La Fig. 4.11 montre que la vitesse des ´ecoulements redress´es est stable apr`es 2min puis d´ecroit l´eg`erement jusqu’`a 26min en raison des effets thermoacoustiques (stabilisation du gradient de temp´erature), puis reste stable apr`es 26min. La vitesse des ´ecoulements redress´es atteint 95% de sa valeur stabilis´ee apr`es 25min30s. Ces r´esultats sur la stabilisation des ´ecoulements redress´es sont en accord avec ceux trouv´es par Thompson et al. [60] : pour les mˆemes conditions thermiques exp´erimentales (tube en verre entour´e d’air), la vitesse des ´ecoulements redress´es atteint 95% de sa valeur stabilis´ee apr`es en-viron 14min et le gradient de temp´erature atteint 95% de sa valeur stabilis´ee apr`es enen-viron 23min. Le temps de stabilisation de l’ensemencement est de 15min (voir section 2.1.2.2), celui de l’´ecoulement acoustique de 2min et celui des ´ecoulements redress´es de 26min. Les mesures ont donc ´et´e effectu´ees 26min apr`es que le champ acoustique soit cr´e´e et sont consid´er´ees comme stables apr`es ce d´elai.

0 5 10 15 20 25 30 0 1 2 3 4 5 6 7 U (m/s) temps (min)

Fig. 4.10: Temps de stabilisation de l’amplitude de la vitesse acoustique.

0 5 10 15 20 25 30 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 temps (min) u² (m/s)

b) Convergence

Pour un point de mesure donn´e (x, r), lorsque le temps de stabilisation est respect´e, un nombre minimal de couple temps/vitesse doit ˆetre acquis pour que les caract´eristiques acous-tiques et les caract´erisacous-tiques des ´ecoulements redress´es convergent. Un couple temps/vitesse est donn´e par une particule d´etect´ee dans le volume de mesure VLD. La Fig. 4.12 montre que le calcul de l’amplitude et de la phase acoustique est performant avec au moins 200 particules. Pour les ´ecoulements redress´es, la Fig. 4.13 montre que 40000 particules sont n´ecessaires pour que la valeur de la vitesse des ´ecoulements redress´es atteigne au moins 95% de sa valeur converg´ee. La valeur converg´ee est calcul´ee pour 90000 particules.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 5 10 15 20 U (m/s) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 100 200 300 400 nombre de particules Phase (° )

Fig. 4.12: Amplitude et phase de la vitesse acoustique en fonction du nombre de particules.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x 10⁴ 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 nombre de particules u² (m/s)

Fig. 4.13: Vitesse des ´ecoulements redress´es en fonction du nombre de particules.

200 particules par point de mesure sont donc n´ecessaires pour avoir une valeur converg´ee de l’amplitude et de la phase de la vitesse acoustique et 40000 particules pour celle de la vitesse des ´ecoulements redress´es. Pour pouvoir ´etudier la forme d’onde de la vitesse acoustique et faire

4.3. R´ESULTATS EXP´ERIMENTAUX

une ´etude fr´equentielle, un maximum de particules par point de mesure doit ˆetre choisi et le nombre de p´eriode suffisant. Pour avoir un bon compromis entre un nombre suffisant de parti-cules par point et un temps de mesure suffisamment court pour avoir assez d’ensemencement pour mesurer un nombre raisonnable de points, nous avons choisi comme param`etres de mesure 70000 particules ou 10 secondes. C’est `a dire que la mesure pour un point s’arrˆete lorsque 70000 particules ont ´et´e comptabilis´ees ou si 10 secondes de temps de mesure se sont ´ecoul´ees. Un tri des mesures est ensuite effectu´e lorsque le nombre de particules d´etect´ees est insuffisant pour estimer la vitesse des ´ecoulements redress´es.

4.3.1.2 Comparaison de la fr´equence, pression et vitesse acoustique entre la simu-lation et les mesures

En respectant les conditions de stabilisation et de convergence d´etermin´ees dans la section pr´ec´edente, une mesure VLD de couples temps/vitesse en un point quelconque du guide d’onde donne acc`es `a la fr´equence d’excitation (section 2.2.1). Comme le montre le Tab. 4.3, les mesures de la fr´equence de r´esonance du syst`eme suivant la longueur L du guide d’onde sont similaires `

a celles pr´edites par la simulation.

L (m) fac issue de la simulation (Hz) fac mesur´ee (Hz)

1.60 114 114

2.10 88 88

2.21 84 84

Tab. 4.3: Comparaison entre les fr´equences de r´esonance pr´edites par la simulation et mesur´ees.

La Fig. 4.14 donne l’´evolution exp´erimentale et th´eorique du module de pression et de vitesse pour la fr´equence de r´esonance du syst`eme (f = 88Hz) et pour diff´erent niveau de U<sub>g</sub>. Pour l’ensemble de ces mesures comparatives, le noeud de vitesse est bien identique `a celui pr´edit par la th´eorie (au milieu de la longueur du guide d’onde) ce qui signifie que les deux haut-parleurs sont bien en opposition de phase et n’ont pas des caract´eristiques trop diff´erentes. La Fig. 4.14 (a) montre que pour U_g = 1V les r´esultats th´eoriques et exp´erimentaux sont quasiment similaires. Lorsque U_g augmente (Fig. 4.14 (b), (c) et (d)), la simulation donne des r´esultats sup´erieurs `a ceux mesur´es et l’´ecart entre la simulation et les r´esultats exp´erimentaux augmente. En effet, lorsque U<sub>g</sub> augmente, le signal sinuso¨ıdal mesur´e de la vitesse et de la pression se d´eforme car des distorsions apparaissent. Ainsi une partie de la tension appliqu´ee aux haut-parleurs est utilis´ee pour g´en´erer des effets non-lin´eaires et le niveau de la pression et de la vitesse `a la fr´equence fondamentale diminue. Ces effets non-lin´eaires peuvent se traduire par l’apparition d’harmoniques sup´erieurs et la section suivante pr´esente donc l’´etude de l’amplitude des harmoniques sup´erieurs de la pression et de la vitesse mesur´ees.

4.3.2 Etude de l’amplitude des harmoniques sup´erieurs de la pression