Aéroacoustique des cavités cylindriques

par Daniel-Ciprian Mincu

Thèse de doctorat en Physique, Modélisation et Sciences pour l'ingénieur. Mécanique Energétique

Sous la direction de Jean-Paul Dussauge.

Soutenue en 2010

à Aix-Marseille 1 .


  • Résumé

    Des simulations numériques du bruit généré par l’écoulement subsonique affleurant des cavités cylindriques sont effectuées. La configuration de base présente un rapport d’aspect (profondeur / diamètre) égal à 1. Le nombre de Reynolds basé sur le diamètre de la cavité est de 4. 6•105. Une méthode hybride a été choisie, basée, premièrement, sur le calcul de l’écoulement instationnaire par la simulation des grandes échelles (LES) et, deuxièmement, sur la simulation de la propagation acoustique par la méthode intégrale de Kirchhoff. Les calculs numériques sont validés à l’aide des données expérimentales dédiées, élaborées dans le cadre du projet AEROCAV (AEROacoustique des CAVités Cylindriques), financé par la Fondation pour la Recherche Aéronautique et Espace. Les résultats des simulations sont en très bon accord avec les mesures, malgré le type d’écoulement amont, laminaire pour les simulations numériques et turbulent pour les mesures expérimentales. La prise en compte des effets d’installation permet l’amélioration de ces comparaisons, surtout pour les champs acoustiques. La configuration de rapport d’aspect unitaire présente des oscillations autoentretenues, décrites par le modèle de Rossiter, superposées à la résonance propre qui est bien décrite par le modèle de Sen. Celles-ci ont été très bien mises en évidence par des comparaisons avec une cavité de même rapport d’aspect et de section carrée dont le côté est égal au diamètre de la cavité circulaire, soumise au même type d’écoulement, configuration sur laquelle le modèle de Rossiter est basé. Une configuration de cavité cylindrique de rapport d’aspect moitié a également été simulée, présentant des particularités aérodynamiques et acoustiques : les résonances sont supprimées et l’écoulement comme le bruit généré sont fortement dissymétriques. Globalement il est montré que l’utilisation d’une méthode numérique hybride permet, en complément des expérimentations, l’investigation précise du champ complet, aérodynamique et aéroacoustique, pour des géométries tridimensionnelles et pour des nombres de Reynolds élevés, malgré la complexité et la spécificité de ces écoulements.

  • Titre traduit

    Cylindrical cavities aeroacoustics


  • Résumé

    Numerical simulations of the noise generated by the flow over a cylindrical cavity are performed. The cavity considered as the reference has an aspect ratio (depth / diameter) equal to 1 and the Reynolds number based on the cavity diameter is 4. 6•105. A hybrid method is chosen based, firstly, on the calculation of the unsteady flow using the Large-Eddy Simulation (LES) method and, secondly, on the simulation of the acoustic far field propagation by a Kirchhoff integral method. The numerical computations are validated using dedicated experimental data, performed in the framework of the AEROCAV (AERO acoustics of cylindrical CAVities) project founded by the Foundation for Aeronautical and Space Research. The simulation results are in very good agreement with measurements, despite the fact that, in the simulation, the upstream flow does not contain any velocity fluctuations. Especially for the acoustic fields, these comparisons are improved by taking into account the influence of installation effects. The cavity with a unitary aspect ratio shows a depth resonance, well prescribed by Sen’s model, superimposed on self-sustained oscillations described by Rossiter’s model. This last model, which is originally developed for rectangular cavities, is found to fit with similar computations of a square cavity (side equal to the diameter of the reference cylindrical configuration) with the same aspect ratio and upstream flow. A cylindrical cavity with an aspect ratio of 0. 5 is also simulated. The specific aerodynamic and acoustic resonances are suppressed, and the resulting flow and the generated sound are highly asymmetrical. Finally, the use of a hybrid (LES/Kirchhoff) numerical method, in addition to dedicated experiments, allows the accurate investigation of both aerodynamics and aeroacoustics behaviour of the cylindrical cavity in the overall computational domain, for three-dimensional geometries and high Reynolds numbers, despite the complexity and specificity of such flows.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 155-166

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