Analyse expérimentale de la dynamique et du rayonnement acoustique d’un écoulement de marche montante

par Jean-François Largeau

Thèse de doctorat en Acoustique et dynamique des écoulements instationnaires

Sous la direction de Yves Gervais et de Véronique Morinière.

Soutenue en 2004

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (autre partenaire) .

mots clés

• Turbulence
• Pression -- Mesure -- Fluctuations (physique) -- Sous-produits
• Corrélation (statistique)
• Électrets

Résumé

Cette étude expérimentale concerne l’écoulement généré sur une marche montante. Plus particulièrement, l’influence de certains paramètres (hauteur de marche et régime d’écoulement) sur l’organisation spatio-temporel de l’écoulement est analysée. Le but est de mettre en évidence les liens existants entre différentes grandeurs aérodynamiques (fluctuations de pressions pariétales et de vitesses) ainsi que leur impacts sur le champ acoustique rayonné. Pour cela, on développe un banc d’essais complet ainsi que des sondes à microphones déportés pour la mesure des fluctuations de pressions pariétales. On s’intéresse alors à vérifier l’hypothèse de quasi-bidimensionnalité de l’écoulement (visualisations par enduit de surface, anémométrie à fils chaud, sondes de fluctuations de pressions pariétales). De plus, l’organisation spatiale de l’écoulement est investie avec un système de vélocimétrie par images de particules (P. I. V. ). Les champs de vitesses et de fluctuations de pressions pariétales sont étudiés sur l’ensemble du montage et les cartographies sont obtenues pour les différentes configurations (hauteur et régime d’écoulement). Des mesures simultanées de la vitesse, des fluctuations de pressions pariétales et du champ sonore sont ensuite entreprises. On accède ainsi à la vitesse de convection des structures, aux échelles intégrales et aux corrélations entre ces différentes grandeurs sur l’ensemble du montage. Enfin, le modèle de Curle est utilisé avec les données de fluctuations de pressions pariétales et le champ acoustique estimé est confronté à la mesure.

Titre traduit

Experimental analysis of dynamics and acoustic radiation of a flow over a forward facing step

Résumé

The subject of this experimental study is the flow generated over a forward-facing step. The impact of several parameters (height of step and rate of flow) on the spatio-temporal flow organisation is investigated. The aim is also to clarify relationships between wall fluctuation pressure and the velocity field. Also, a model is designed and microphones probes are developed to investigated wall fluctuations pressures. Moreover, spatial flow organisation is examined with a Particle Image Velocimetry system for different configurations (height and flow rate). First the 2D hypothesis is improved (with wall flow visualisations experiments, hot-wire anemometry, wall pressure fluctuations probes). Moreover, spatial flow organisation is examined with a Particle Image Velocimetry system for different configurations (height and flow rate). The velocity field is mesurated simultaneously with the wall pressure fluctuations and acoustic pressure. Accordingly, the structure convection velocity, integrals flow scales and correlations between these different data are obtained overall the model. Finally, a Curle model computation is realised with experimental wall pressure fluctuations data and the estimated sound field is compared with acoustic measurements.