Contrôle de jet par microjets impactants : Mesure de bruit rayonné et analyse aérodynamique

par Thomas Castelain

Thèse de doctorat en Sciences. Acoustique

Sous la direction de Michel Sunyach.

Soutenue en 2006

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    L’utilisation de microjets impactants est une méthode fluidique récemment proposée pour la réduction du bruit de jet. Les quelques travaux expérimentaux d´écrits jusqu’à présent dans la littérature sur ce procédé fournissent des résultats hétéroclites et parfois contradictoires. En exploitant principalement une étude paramétrique extensive que nous avons réalisée sur un jet à Mach 0,9 et de diamètre 5 cm, la présente thèse a pour ambition de fournir une présentation unifiée de ce contrôle par micro-jets impactants en déterminant les mécanismes impliqués dans la réduction de bruit apportée par le contrôle. Des mesures précises de champs de vitesse sont effectuées par vélocimétrie par image de particules stéréoscopique (SPIV), et les biais de mesures sont évalués. Différentes exploitations originales des champs instationnaires de vitesse sont proposées pour caractériser les structures de la couche de cisaillement du jet principal en présence ou en l’absence de microjets. La comparaison de ces mesures aérodynamiques et de mesures acoustiques en champ lointain met en évidence une forte corrélation entre les caractéristiques aérodynamiques des premiers diamètres du jet et le spectre du bruit émis. Les zones de l’écoulement impliquées dans ces modifications spectrales sont clairement identifiées. Ces dernières rendent compte d’une atténuation globale du bruit qui peut atteindre 2 dB, ainsi que d’une possible régénération en hautes fréquences résultant de la création d’une turbulence à fine échelle par l’impact des microjets. L’influence du nombre, du diamètre et du débit des microjets sur la réduction de bruit met en évidence des effets progressifs avec l’intensité du contrôle. Pour ces différents paramètres, on observe la présence d’un maximum local de la réduction acoustique. Cet optimal caractérise l’échelle spatiale des structures tourbillonnaires gén´erées par l’impact du microjet sur l’écoulement. Ces structures s’avèrent à l’origine de l’augmentation du mélange et de l’entraînement du jet dans son développement initial, dont il va pouvoir résulter une diminution de la turbulence, un allongement de la zone potentielle vers l’aval et une réduction de bruit.

  • Titre traduit

    Jet control by impinging microjets. Far-field acoustic measurements and aerodynamic analysis


  • Résumé

    Fluidic control by impinging microjets has recently been proposed to achieve high-subsonic jet noise reduction. Some previous experimental works reported in the litterature, gave different and sometimes contradictory results of this method. Considering an extensive parametric study that we realized on a Mach 0. 9 5cm diameter jet, the present thesis aims at giving an unified view of the microjet control by discerning the mecanisms responsible for noise reduction. Precise flow field measurements are obtained by use of Stereoscopic Particle Image Velocimetry and measurement errors are evaluated. Different original exploitations of instationnary velocity fields are proposed to characterize structures in the jet mixing layer, with or without microjets. Compari sons between thses aerodynamical measurements and acoustic far field acquisitions evidence a strong correlation between aerodynamic characteristics at the early stages of the jet development and theemitted noise spectra. The specific flow field areas, responsible for the changes in noise spectra, are clearly identified. The latter account for a global noise reduction of typically 2 dB spl, possibly associated with a high frequency regeneration linked with the fine scale turbulence induced by the microjet impingement. The influence of the number of microjets, their diameter and mass flow on jet noise reduction highlights progressive effects with the intensity if the control. For these parameters, we observe the existence of a local maximum in the acoustic reduction. This behaviour is linked to the characteristic spatial scale of the development of streamwise vortices induced by each microjet impact on the main jet mixing layer. These structures are determined to originate the enhancement of mixing and surrounding air entrainement in the early developement of the jet, that consequently imply the turbulence intensity reduction, the elongation of the potential core and the noise reduction.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 86 réf.

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  • Cote : T2057
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