Calcul direct du bruit aérodynamique et validation de modèles acoustiques hybrides

par Christophe Bogey

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Daniel Juvé.

Soutenue en 2000

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Ce travail de thèse concerne le calcul direct du bruit d'origine aérodynamique à partir des équations de Navier-Stokes. Il permet d'obtenir simultanément les champs aérodynamiques et les champs acoustiques, lesquels possèdent des caractéristiques physiques très différentes, sans faire intervenir de modélisation acoustique. L'alternative à cette démarche consiste à utiliser des méthodes hybrides, également étudiées dans ce travail, qui s'appuient sur un calcul en deux étapes. Dans ces méthodes, on détermine dans une première étape un champ turbulent de vitesse et on utilise, dans une seconde étape, un modèle de sources acoustiques combiné avec un opérateur de propagation pour obtenir le rayonnement acoustique. Pour ces diverses approches, un code de résolution des équations de Navier-Stokes 2-D puis 3-D est développé avec des techniques propres à l'aéroacoustique numérique. Les techniques numériques mises au point prennent en compte les particularités des fluctuations acoustiques. La précision des conditions aux limites fait notamment l'objet d'une évaluation minutieuse à l'aide de cas tests afin de minimiser les réflexions parasites. On dispose ainsi d'un code de simulation numérique directe (DNS) qui calcule toutes les échelles de la turbulence. Le modèle de sous-maille de Smagorinsky est de plus implanté pour pouvoir réaliser des simulations des grandes échelles (LES) dans lesquelles seules les grosses structures sont résolues. Plusieurs configurations sont considérées. (1) Le rayonnement de deux tourbillons corotatifs avec et sans écoulement moyen est déterminé directement par DNS. La source de bruit de type quadrupôle tournant est mise en évidence. Ces deux calculs préliminaires permettent également d'évaluer la précision de la méthode hybride qui introduit des termes sources dans les équations d'Euler linéarisées. L'expression des termes sources est ainsi validée. (2) Le rayonnement produit par appariement de tourbillons dans une couche de mélange 2-D subsonique est calculé directement par LES. Le mécanisme de génération de bruit est analysé en rapport avec la source quadrupolaire associée aux tourbillons corotatifs. Cette simulation permet aussi d'appliquer avec succès les deux méthodes hybrides s'appuyant sur l'analogie de Lighthill et sur les équations d'Euler linéarisées. (3) Un jet rond 3-D présentant un nombre de Mach de 0. 9 et un nombre de Reynolds de 6. 5 x 104 est étudié par LES. Le développement naturel du jet est obtenu en ajoutant des perturbations aléatoires de vitesse au profil initial en entrée du domaine de calcul. Les caractéristiques aérodynamiques du jet sont validées par comparaison avec des données expérimentales. Le rayonnement acoustique de ce jet, obtenu directement par LES, est conforme aux mesures de la littérature en terme de niveau, de directivité et de contenu spectral. Le jet est aussi excité de manière axisymétrique afin de générer des tourbillons annulaires. Les propriétés du rayonnement acoustique produit par les appariement s de tels tourbillons sont ainsi directement mises en évidence.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 129 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1838
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
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