Aéro-acoustique des diaphragmes en conduit : sifflement et cavitation

par Philippe Testud

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Yves Aurégan.

Soutenue en 2006

à Le Mans .


  • Résumé

    Cette thèse est une étude aéroacoustique des phénomènes de sifflement et de cavitation d'une singularité d'écoulement (diaphragme) sous écoulement en conduit droit, par voie expérimentale et numérique. Les écoulements considérés sont turbulents (nombre de Reynolds dans le tuyau autour de 10000); et subsoniques (nombre de Mach dans le tuyau autour de 0. 01). La validation expérimentale d'un critère de sifflement est l'apport principal de ce travail. Ce critère, issu de la littérature, est évalué expérimentalement en air, pour une gamme de diaphragmes circulaires centrés fins. Les fréquences d'instabilité de la configuration sont déterminées, via la mesure de la matrice de diffusion acoustique en condition non-sifflante. Ces fréquences d'instabilité sont proches des fréquences de sifflement observées d'autre part. En complément, une modélisation numérique du sifflement a été développée. La méthode numérique employée, appelée méthode multimodale, permet d'obtenir la matrice de diffusion acoustique par un calcul de modes transverses dans le conduit. Le comportement acoustique d'un élargissement brusque est très bien prédit. Les fréquences d'instabilité d'une expansion double sifflante sont correctement déterminées. Des essais industriels en eau sont analysés, pour des diaphragmes monotrou et multitrou, en condition de cavitation et parfois de sifflement (diamètre du tuyau 7. 4 cm, vitesse en conduit : 2-5 m/s, pression aval 2. 7 bar, pression amont : 6-30 bar). Des représentations sans dimension des spectres de bruit obtenus sont proposées pour les deux régimes de cavitation présents. Les nombres Strouhal de sifflement sont proches de ceux obtenus en air.


  • Résumé

    This thesis is an aeroacoustic study of the whistling and cavitation of a singularity (mainly orifice) in a confined flow, by experimental and numerical means. The flow considered is fully turbulent (pipe Reynolds number about 10000) and subsonic (pipe Mach number about 0. 01). The experimental validation of a whistling criterion is the main result of this study. This criterion, proposed in literature, is evaluated experimentally in air, for a range of thin circular centred orifices. The instability frequencies of the configuration are determined, using the measurement of the acoustic scattering matrix in non-whistling conditions. These instability frequencies are close to the observed whistling frequencies. As a complement, a numerical model of whistling is developed. The numerical method, called the Multimodal method, gives the acoustic scattering matrix by a calculation of the modes in the ducts. The acoustical behaviour of a single expansion is very well described. The instability frequencies of a whistling double expansion are satisfyingly predicted. Industrial experiments in water are analysed, concerning single-hole and multi-hole orifices, in cavitating and sometimes whistling conditions (pipe diameter 7. 4 cm, pipe flow velocity: 2-5 m/s, upstream pressure: 2. 7 bar, downstream pressure: 6-30 bar). Dimensionless representations for the noise spectra are proposed, discerning the two cavitation regimes. Whistling Strouhal numbers are close to those obtained in air.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (248 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury

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  • Bibliothèque : Le Mans Université (Le Mans). Service commun de documentation.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2006LEMA1011
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2006LEMA1011
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