Contribution à l'étude des phénomènes aéroacoustiques se développant dans la baignoire et autour des pantographes du TGV. Approches expérimentale et numérique des écoulements affleurant une cavité et interactions non-linéaires de sillage entre deux cylindres - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Contribution to the aeroacoustical phenomena developing in the recess and around the TGV pantographs. Experimental and numerical approaches of cavity grazing flows and nonlinear interactions between two cylinder wakes.

Contribution à l'étude des phénomènes aéroacoustiques se développant dans la baignoire et autour des pantographes du TGV. Approches expérimentale et numérique des écoulements affleurant une cavité et interactions non-linéaires de sillage entre deux cylindres

Résumé

This study is performed under contract with SNCF and DEUTSCH BAHN as a part of the German-French Cooperation DEUFRAKO K2 which deals with high-speed train noise. First, a shallow rectangular cavity is located in an anechoïc wind-tunnel. Parietal flow visualization and anemometry measurements show the flow to reattach on the cavity bottom wall and to separate again at the downstream edge. This phenomenon is at the origin of strong wall pressure fluctuations measured with microphones grazing wall mounted. 3D intensimetry indicates the principal sound sources to stand near the downstream edge of the cavity. The acoustical study show the narrow band characteristic of the acoustic radiation and that it does not appear any aerodynamic or acoustic oscillation. A realistic 1/7e scale mock-up of the recess was then designed and placed in a low-subsonic wind-tunnel. Parietal flow visualizations show a very complex 3D flow structure. Anemometry measurements indicate the upstream shear layer to reattach early on the recess bottom wall and a strong vertical jet standing at the downstream edge. Wall pressure coefficients (microphones) remain quasi-uniform in all the recess. The spectral analysis reveals two regions with mode resonances and the pantograph peak (STROUHAL). The pantograph influences are simulated via their modelisation with two circular cylinders, whose spacing and incidence are variable, placed in the anechoïc wind-tunnel. The experiments reveal strong aeroacoustic couplings (feedback) evolving with these two parameters. The spectral and bispectral analysis of the far-field acoustic radiation (measured with microphone) associated with visualizations and velocity fields measured with PIV contribute to the interpretation of these phenomena. The experiments of each study are compared with numerical simulations.
Cette étude s'inscrit dans le cadre du contrat franco-allemand DEUFRAKO K2 associant la SNCF et la DEUTSCH BAHN sur l'étude du bruit généré par les trains à grande vitesse. Une cavité rectangulaire peu profonde est d'abord placée dans une soufflerie bas-bruit. Les visualisations pariétales de l'écoulement et les mesures anémométriques montrent que l'écoulement se rattache sur le fond de la cavité et décolle à nouveau au passage du bord aval. Les plus fortes fluctuations de pression pariétale instationnaire (mesurées par microphones) sont aussi observées au niveau du bord aval, région dans laquelle l'intensimétrie 3D localise principales sources acoustiques. Le rayonnement acoustique révèle un spectre large bande sans phénomène de couplage entre les champs aérodynamique et acoustique. Une maquette réaliste de la baignoire à l'échelle 1/7e a ensuite été conçue et placée dans une soufflerie subsonique. Des visualisations pariétales de l'écoulement montrent une structure d?écoulement 3D très complexe. Les mesures de fil chaud indiquent une plongée très rapide de la couche de cisaillement amont vers le fond de la baignoire ainsi qu'un jet vertical intense au niveau du bord aval. Les coefficients de pression en paroi restent quasiment uniformes dans la baignoire. L'analyse spectrale révèle deux régions comportant des modes de résonance auxquels s'ajoute le STROUHAL des pantographes. L'influence des pantographes est enfin simulée via leur modélisation par deux cylindres circulaires, d'écartement et d'incidence variables, placés dans la soufflerie bas-bruit. Les expériences dévoilent de forts couplages aéroacoustiques non-linéaires (feedback) évoluant suivant ces deux paramètres. Les analyses spectrale et bispectrale de la pression acoustique mesurée en champ lointain (microphone) ainsi que les visualisations et les champs de vitesses obtenus par PIV contribuent à l'interprétation de ces phénomènes. Les expériences de chaque étude sont comparées à des simulations numériques.
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Dates et versions

tel-00006437 , version 1 (11-07-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00006437 , version 1

Citer

Christophe Noger. Contribution à l'étude des phénomènes aéroacoustiques se développant dans la baignoire et autour des pantographes du TGV. Approches expérimentale et numérique des écoulements affleurant une cavité et interactions non-linéaires de sillage entre deux cylindres. Acoustique [physics.class-ph]. Université de Poitiers, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006437⟩
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