Estimation numérique du bruit rayonné par une turbulence isotrope

par Alicja Witkowska

Thèse de doctorat en Sciences. Acoustique

Sous la direction de Daniel Juvé.

Soutenue en 1994

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    L'analogie aéroacoustique, élaborée par Lighthill en 1952, a permis de relier pour la première fois les fluctuations de la pression acoustique rayonnée par la turbulence aux fluctuations des vitesses aérodynamiques instantanées. Récemment, l'essor des moyens de calcul et des codes de simulation en mécanique des fluides a permis de connaître le champ tridimensionnel des vitesses instantanées de certains écoulements turbulents simples. Dans la présente thèse nous nous proposons donc d'étudier le bruit rayonné par la turbulence homogène et isotrope en combinant la théorie de Lighthill avec ces codes de simulation de la turbulence. Nous faisons appelà deux grandes familles de codes numériques: des codes de simulation directe (DNS) et des codes de simulation de grandes échelles (LES). Notre objectif est de montrer la faisabilité de la méthode employée, d'évaluer les principales caractéristiques du bruit émis, ainsi que d'étudier plus en detail la nature de ce bruit. La première partie du travail est consacrée à l'analyse de la compatibilité entre la théorie de Lighthill et les codes de simulations. A l'aide d'un développement théorique et d'expériences numériques, nous montrons que parmi les différentes variantes de l'analogie de Lighthill uniquement certaines peuvent être appliquées au problème numérique considere. Dans un second temps, a l'aide d'une formulation adaptee, nous calculons les principales caracteristiques du bruit emis par une turbulence homogene et isotrope en decroissance. Nous montrons que les resultats obtenus avec les deux types de codes concordent, et qu'ils sont relativement proches des previsions theoriques (modeles de proudman et de lilley). Dans un dernier temps, nous nous consacrons a l'etude de l'emission sonore d'une turbulence isotrope rendue stationnaire par forcage. L'analyse du spectre du son emis, ainsi qu'un filtrage approprie du champ des vitesses nous permettent de determiner les contributions relatives des differentes structures turbulentes a l'emission sonore.


  • Résumé

    In 1952 Lighthill showed, using his acoustic analogy, that the acoustic pressure generated by a volume of turbulence can be expressed as a function of the instantaneous velocity field within the volume. The recent advances in computational fluid dynamics and computer technology make it possible to calculate the entire, instantaneous velocity field for simple flows. The purpose of the present study is to use such numerical velocity fields as source terms for Lighthill's analogy in order to predict sound generation. This approach is applied to homogeneous and isotropic turbulence, which was obtained both by Direct Numerical Simulation and Large Eddy Simulation. First, we examine analytically and numerically how Lighthill's analogy can be applied to a finite volume of isotropic turbulence. The sound computations obtained with the Direct Numerical Simulation and the Large Eddy Simulation are in good agreement and fit relatively well with the theoretical predictions of Proudman and Lilley. Finally, the sound generated by stationary, force isotropic turbulence is strudied. Results show that there is a dominant frequency approximately 4 times larger than the inverse eddy turn over time. Furthermore, spectral filtering of the velocity field indicates that the turbulence scales primarly responsible for the generated noise are 2-4 times smaller than energy containing scales.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Notes : Autorisation autorisée par le jury
  • Annexes : 46 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1598
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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