Acoustique modale et stabilité linéaire par une méthode numérique avancée : Cas d'un conduit traité acoustiquement en présence d'un écoulement

Modal acoustics and linear stability by an advanced numerical method. : Application to lined flow ducts

• Auteur / Autrice : Lucas Pascal
• Direction : Grégoire Casalis, Estelle Piot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance le 06/11/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique (DMAE)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Galerkine, Méthodes de

Acoustique

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Acoustique

Liner

Instabilité hydrodynamique

Perturbation optimale

Méthode Galerkin discontinue

Acoustics

Liner, hydrodynamic instability

Optimal perturbation

Discontinuous Galerkin method

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans l’effort de réduction des nuisances sonores dues à la soufflante d’unréacteur double-flux à l’aide de matériaux absorbants acoustiques, appelés communément «liners». Afind’optimiser ces traitements acoustiques, il convient d’étudier en détail la physique de la propagationacoustique en présence de liner. De plus, il s’agit d’améliorer la compréhension des instabilités hydrodynamiquespouvant se développer sur un liner sous des conditions particulières et possiblement génératricesde bruit. Ce travail de thèse a consisté à développer un code de calcul en formulation Galerkin discontinuepour l’analyse modale et la stabilité dans un conduit traité acoustiquement, code qui a été appliqué à desconfigurations réalistes, en considérant une section transverse ou longitudinale d’un conduit. Les étudesmodales réalisées dans la section transverse ont apporté des informations sur la propagation acoustiquedans une nacelle de turbofan avec des discontinuités du traitement acoustique («splices»), ainsi que dansle banc B2A de l’ONERA. Les calculs dans la section longitudinale ont nécessité l’implantation de conditionsaux limites PML pour tronquer le domaine de calcul, ainsi que d’une condition aux limites sur leliner, modélisée en domaine temporel à partir d’une extension de travaux existants dans la littérature.Avec ces outils, le code a permis de mettre en évidence une dynamique de type amplificateur de bruit dueau développement d’une instabilité hydrodynamique sur le liner en présence d’écoulement cisaillé ainsiqu’un rayonnement acoustique en amont et en aval du conduit dû à cette instabilité.

The current work deals with the reduction of aircraft engine fan noise using acoustic lining. In orderto optimise these liners, it is necessary to deeply understand the physics of acoustic wave propagation in lined ducts and to have a better knowledge of the hydrodynamic instabilities existing under particular conditions and likely to radiate noise. This work is about the development of a discontinuous Galerkin solver for modal and stability analysis in lined flow duct and the application of this solver to realistic configurations by considering the transverse or longitudinal section of a duct. The modal studies in the transverse section brought informations on acoustic propagation in a turbofan nacelle with lining discontinuities (“splices”) and in the B2A bench of ONERA. The computation in the longitudinal section of a duct required the implementation of PML boundary conditions in order to truncate the computational domain and of a boundary condition at the lined wall, modeled in temporal domain by the enhancement of a method published in the literature. With these features, the application of the solver highlighted a noise amplifier dynamics caused by the development of a hydrodynamic instability on the liner with sheared flow and a noise radiation mechanism upstream and downstream the lined section.