Etude par simulation numérique directe du rayonnement acoustique de couches de mélange isothermes et anisothermes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

study of the noise radiated from isothermal and non-isothermal mixing layers using Direct Numerical Simulation

Etude par simulation numérique directe du rayonnement acoustique de couches de mélange isothermes et anisothermes

Véronique Fortuné
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 939593

Résumé

Sound from a mixing layer flow is computed directly by solving the Navier-Stokes equations on a computational domain which is large enough to have access to the far acoustic field. The tool developed uses Direct Numerical Simulation (DNS) coupled with high-order-accurate methods to provide a good accuracy of the directly computed sound. Two- and three-dimensional simulations of isothermal and non-isothermal mixing layers are performed for various regimes, and particularly for low Mach number flows. Indeed, the temporal approach allows to identify the acoustic radiation from each phase of the mixing layer transition. At first, results from direct computations of sound show that the vortex pairing process generates the largest acoustic radiation, in all cases. Secondly, 3D effects give rise to an overall reduction of the acoustic radiation from the mixing layer. In addition, the combined effects of temperature and compressibility on acoustic radiation (increase/decrease of sound emission for low/high Mach number) are consistent with experimental observations. The DNS data are also used to predict noise emission from the Lighthill's acoustic analogy. The results from the direct computations and the acoustic-analogy predictions are in excellent agreement in all cases. In non-isothermal cases, we show the necessity to account for an additional acoustic source term. The analysis of each source term contribution shows the reversal of trend can be understood in terms of a change of the dominant source term.
Le calcul direct du rayonnement acoustique d'une couche de mélange est réalisé en résolvant les équations de Navier-Stokes dans un domaine de calcul qui permet l'accès au champ acoustique lointain de l'écoulement. L'outil que nous avons développé utilise la technique de la Simulation Numérique Directe alliée à des méthodes numériques précises pour assurer une bonne qualité du calcul acoustique direct. Des simulations 2D et 3D de l'évolution temporelle de couches de mélange isothermes et anisothermes sont effectuées en régime subsonique et notamment à faible nombre de Mach. L'approche temporelle adoptée permet d'identifier l'émission acoustique associée à chacune des phases de la transition d'une couche de mélange. Les résultats des calculs acoustiques directs révèlent d'une part que l'émission sonore prédominante provient dans tous les cas d'un processus d'appariement et que les effets 3D réduisent globalement l'émission acoustique de la couche de mélange. D'autre part, les principales conséquences des effets combinés de la température et de la compressibilité observées expérimentalement (augmentation/réduction de l'émission sonore à nombre de Mach faible/élevé) sont reproduites avec le modèle temporel. Les données des simulations sont également utilisées pour réaliser des prédictions de bruit basées sur l'analogie de Lighthill. La comparaison de ces estimations avec les solutions de référence obtenues par le calcul acoustique direct montre un excellent accord dans tous les cas. Dans les cas anisothermes, nous montrons la nécessité de tenir compte d'un terme source supplémentaire et l'analyse des contributions séparées de chaque terme source nous permet d'interpréter le mécanisme de renversement de tendance comme le résultat d'un changement de terme source prépondérant.
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  • HAL Id : tel-00006902 , version 1

Citer

Véronique Fortuné. Etude par simulation numérique directe du rayonnement acoustique de couches de mélange isothermes et anisothermes. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Poitiers, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006902⟩
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