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These a dellali emna 2018 THESE DE DOCTORAT DE L ? ETABLISSEMENT UNIVERSITE BOURGOGNE FRANCHE-COMTE PREPAREE A L ? UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE Ecole doctorale n Sciences Pour l ? Ingénieur et Microtechniques Doctorat d ? Energétique Par Mme Emna DELLALI É

THESE DE DOCTORAT DE L ? ETABLISSEMENT UNIVERSITE BOURGOGNE FRANCHE-COMTE PREPAREE A L ? UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE Ecole doctorale n Sciences Pour l ? Ingénieur et Microtechniques Doctorat d ? Energétique Par Mme Emna DELLALI Étude théorique et expérimentale des écoulements oscillants alternés d ? un gaz au sein de micro et milli- régénérateurs de moteur Stirling Thèse présentée et soutenue à Belfort le Octobre Composition du Jury M ALOUI Fethi M MARTY Philippe M FORMOSA Fabien M FRECHETTE Luc M DE LABACHELERIE Michel M RAUCH Jean-Yves M LANZETTA François Mme BEGOT Sylvie Professeur Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis ENSIAME LAMIH Rapporteur Professeur Université de Grenoble Alpes LEGI CEA Rapporteur Ma? tre de conférences HDR Université de Savoie Mont-Blanc SYMME Examinateur Professeur Université de Sherbrooke Canada C MI MICROS Examinateur Directeur de recherche CNRS FEMTO -ST MN S Examinateur Ingénieur de recherche Université de Franche-Comté FEMTO -ST AS M MN S Examinateur Professeur Université de Franche-Comté FEMTO -ST ENERGIE Directeur de thèse Ma? tre de conférences Université de Franche-Comté FEMTO -ST ENERGIE Co-encadrante de thèse C CSommaire Remerciements viii Liste des ?gures viii Liste des tableaux xvii Nomenclature xix Introduction générale Étude des régénérateurs thermiques Introduction à la technologie du moteur Stirling Principe de fonctionnement d ? un moteur Stirling Cycles thermodynamiques Cycle théorique de Carnot cycle de référence Cycle théorique de Stirling Régénérateur thermique Dé ?nition rôle et importance Caractéristiques d ? un régénérateur thermique Géométrie Propriétés physiques Étude des écoulements oscillants Mécanisme des écoulements oscillants E ?et annulaire et déphasage Paramètres adimensionnels caractéristiques Transition vers la turbulence Pertes de charge Transferts thermiques Figure de mérite Miniaturisation des convertisseurs de type Stirling La loi d ? échelle v Cvi SOMMAIRE Les écoulements permanents des gaz dans les micro-canaux Limite de validité du régime continu et apparition du régime raré ?é Pertes de charges transferts thermiques et transition vers la turbulence Dé ?s technologiques Procédés de fabrication Packaging et interfaçage entre micro-macro dispositifs Conception et fabrication des régénérateurs Critères de conception Choix du matériau et de la géométrie Choix du matériau Choix de la géométrie Critères hydrauliques Critères thermiques Les lois de similitudes Similitude géométrique Similitude dynamique Similitude thermique Fabrication du régénérateur et packaging Régénérateur micrométrique Régénérateur millimétrique Simulations numériques d ? un écoulement oscillant de gaz Présentation du solveur ANSYS Fluent Présentation du solveur Algorithme de résolution Modélisation de l ? écoulement au sein du régénérateur Dé ?nition de la géométrie Génération du maillage Simulations numériques sous ANSYS Fluent Régénérateur micrométrique Régénérateur millimétrique Résultats Régénérateur micrométrique CSOMMAIRE vii Perte de charge Coe ?cient de perte de charge Régénérateur millimétrique Régime d ? écoulement permanent unidirectionnel Régime d ? écoulement oscillant sinuso? dal Bancs expérimentaux montage et instrumentation Conception et montage Banc millimétrique Architecture et mise en place du dispositif expérimental Paramètres de contrôle Banc micrométrique Architecture et mise en place du dispositif expérimental Paramètres de contrôle Instrumentation Capteurs de pression Capteurs de vitesse Capteurs de température Capteur de position Système de contrôle commande et acquisition dSPACE DS