Calcul direct acoustique et analyse des mécanismes de génération de bruit des écoulements cisaillés libres

par Marie Cabana

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Véronique Fortuné et de Yves Gervais.

Soutenue en 2008

à Poitiers .


  • Résumé

    La connaissance des mécanismes physiques responsables de la production sonore par les écoulements turbulents est indispensable pour permettre l’élaboration des techniques de réduction et de contrôle du bruit d’origine aérodynamique. Dans ce travail, nous avons développé une méthodologie d’analyse s’appuyant sur une décomposition du terme source de l’analogie de Lighthill, qui fait apparaître explicitement la dilatation et la vorticité, et sur un filtrage en nombre d’ondes. Associé à des bases de données obtenues par calcul direct acoustique, qui offrent un accès simultané à toutes les quantités dynamiques et acoustiques, cet outil permet d’identifier le rôle acoustique des différents termes. L’application de notre méthodologie à l’analyse des sources acoustiques dans une couche de mélange, permet d’interpréter le rayonnement sonore comme le résultat de subtils déséquilibres spatio-temporels entre les termes. Une nouvelle version du code de calcul direct acoustique a ensuite été développée, afin d’obtenir des bases de données en configuration 3D pour un coût de calcul raisonnable. Nous avons choisi d’implanter des schémas compacts décentrés d’ordre élevé pour la discrétisation spatiale, et de tester leur aptitude au calcul direct acoustique sur un cas test. Les résultats obtenus montrent la capacité de ces schémas à contrôler les oscillations numériques à résolution marginale et soulignent leur robustesse. Deux simulations de jets 3D chaud et froid ont été réalisées, dont nous présentons des résultats dynamiques et acoustiques préliminaires.

  • Titre traduit

    Study of the mechanisms responsible for the production of sound in free-shear flows using Direct numerical simulation


  • Résumé

    Identifying the mechanisms responsible for the production of sound in free-shear flows is a challenging task due to our poor understanding of the underlying physics, in particular concerning the flow acoustic interactions. A new analysis methodology based on a decomposition of the Lighthill aerodynamic sources term is proposed, aimed at understanding the respective roles of the subsequent subterms and extracting their radiating components using a filtering in wavenumber space. This analysis is performed on a temporal mixing-layer database obtained from a direct computation of sound and the essence of sound production mechanism is found to comprise sublte imbalances which disrupt inherent space-time symmetries between the various subterms. To enable direct computation of sound in three-dimensional configurations and constitute aerodynamic and acoustic databases amenable to this analysis methodology, a specific numerical treatment using high-order upwind compact schemes is developed. Their ability to direct computation of sound is evaluated on the test case of a mixing layer for which a reference solution is available. These schemes have proved their efficiency to damp spurious oscillations and their robustness faced with a marginal resolution or a Reynolds number increase. Thanks to this development, two simulations of a round jet are performed, an isothermal and an anisothermal ones. Preliminary results are presented on both the aerodynamic and acoustic fields, and temperature effects are investigated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (III-116 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 122 réf.

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