Réduction de bruit de jet par injection fluidique en corps central tournant

Jet noise reduction by a fluidic injection from a rotating plug

• Auteur / Autrice : Maxime Koenig
• Direction : Yves Gervais, Peter Jordan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides et acoustique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couche limite -- Contrôle

Stabilité

Acoustique

Vélocimétrie par images de particules

Jets

Mots clés libres

Réduction de bruit de jet

Contrôle des jets

Aéroacoustique

PIV stéréoscopique résolue en temps

Moyenne de phase

Modes d’instabilité

Théorie de la stabilité linéaire spatiale

Résumé

Cette étude porte sur le développement d’un nouveau dispositif de réduction de bruit. Celui-ci comprend une injection fluidique au centre du jet au moyen de deux microjets diamétralement opposés positionnés sur un corps central tournant. On obtient des réductions de l’émission sonore du jet sur une gamme de fréquences allant des fréquences les plus basses à la fréquence de rotation du corps central pour les vitesses de rotation que le mécanisme est capable d’atteindre. Le champ aérodynamique du jet naturel et des jets contrôlés (Nombre de Strouhal de rotation équivalents : St=0,06, St=0,12 et St=0,23) est mesuré à l’aide d’une PIV stéréoscopique résolue en temps. Les résultats suggèrent que l’écoulement contrôlé peut se découper en une zone de perturbation, où les changements dans l’écoulement sont monotones avec la vitesse de rotation, et une zone de réponse du jet où le rôle des modes d’instabilité semble plus prépondérant. On réalise des comparaisons avec la théorie de la stabilité linéaire spatiale de Michalke. Il apparaît que : (1) les réductions de bruit de jet sont dues à une réorganisation modale de l’énergie fluctuante du mode 0, connu pour être très instable et efficace en termes de rayonnement acoustique, vers des modes plus stables (le mode azimutal 2 en particulier). (2) La présence de mécanismes non-linéaires dans le cas St=0,12 entraîne une augmentation du bruit rayonné par le jet. (3) La déformation du profil moyen de vitesse axial conduit à une baisse de l’amplification du mode 0 dans le cas St=0,23 qui est plus apte à générer de la turbulence plutôt que des paquets d’ondes.

In this study, we explore a novel jet noise reduction device involving the steady injection of fluid from two diametrically-opposed ports on a rotating centerbody. We observe noise reductions over a low-frequency range up to the rotation frequency for the rotation speeds currently possible. Flow measurements are made with timeresolved stereo PIV for the baseline jet and three control cases with different rotation frequencies (Rotation Strouhal numbers are St=0. 06, St=0. 12 and St=0. 23). Results suggest that the flow can be loosely decomposed into a perturbation area, where changes of the flow are monotonic with the rotation frequency, and a jet response area where the role of the instability modes seems prevailing. It appears that the actuator is efficient in driving a high-intensity mode 2 in the flow. Comparisons are made with the spatial linear stability theory of Michalke. Results suggest : (1) that the noise reduction mechanism may be due to the most unstable flow modes (axisymmetric mode m = 0) being deprived of fluctuation energy due to an excitation of less unstable modes (azimuthal mode m = 2 driven at St=0. 23). (2) Non-linear mechanisms in the flow for the St=0. 12 case lead to an increase of jet noise radiation in the far field. (3) The deformation of the mean axial velocity profile for the St=0. 23 case leads to a mode 0 which is less unstable and this case allows to introduce turbulence in the jet response area rather than wavepackets.