METHODE NUMERIQUE HYBRIDE POUR L'ETUDE DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS PARIETAUX - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

HYBRYD METHOD FOR THE PREDICTION OF WALL-BOUNDED TURBULENT FLOW NOISE

METHODE NUMERIQUE HYBRIDE POUR L'ETUDE DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS PARIETAUX

Florent Margnat

Résumé

An hybrid approach is developed for the prediction of acoustic radiation of wall-bounded unsteady flows, and its application on the configuration of a blunt flat plate is performed. Aerodynamic data are obtained through a direct numerical simulation, assuming an incompressible flow. The no-slip condition at the wall is modelled with an external force-field ; this virtual boundary method is especially tailored for complex geometries, and is original in the field of aeroacoustics. Its mechanism as a feedback control system is analysed, which allows to decrease the penalty on the time-step. The behavior of the method when sharp edges are present is also studied. The 3D turbulent channel flow was simulated for the validation, and comparisons with the litterature show a good agreement. The scheme giving access to the hydrodynamic pressure is also detailed, in order to valid the fluctuating pressure fields used as input data for the acoustic calculation. The application to the 2D configuration of the blunt flat plate shows that it is difficult to obtain a perfectly converged flow. The processes of vortex shedding and flapping of the shear layer generated at the leading edge, as well as statistic properties of the turbulence are analysed. The acoustic radiation is computed through the application of the Curle's analogy, implemented with an advanced time approach. The acoustic fields show that volumic source terms radiate more than the surfacic source terms. For a compact source, the maximum of sound intensity is observed in the direction around 60 degrees downstream, as a consequence of the conjugated effect of the volumic term associated with the shear stress and the longitudinal volumic term. For a non-compact source, an important influence is observed when the retarded time are taken into account, showing an enhancement of the radiation of the longitudinal volumic term downstream.
Cette thèse propose une méthode hybride pour la prédiction du rayonnement acoustique d'écoulements pariétaux instationnaires, et son application au cas de la plaque plane épaisse. Les données aérodynamiques sont obtenues par simulation numérique directe incompressible. L'originalité est ici de modéliser la condition d'adhérence aux parois par un terme de forçage volumique en utilisant la méthode des frontières virtuelles, spécialement adaptée aux géométries complexes. L'analyse de leur fonctionnement comme système d'asservissement de la vitesse à la valeur nulle a permis de réduire leur contrainte sur le pas de temps. Le comportement de la méthode en présence d'une arête vive a également été étudié. La simulation de l'écoulement en canal plan 3D turbulent a été réalisé pour la validation, et des comparaisons avec la littérature montrent un bon accord. L'accent est également mis sur la procédure d'obtention de la pression hydrodynamique afin de valider les champs de pression fluctuante utilisés comme données d'entrée du calcul acoustique. L'application à la plaque épaisse a fait apparaître qu'il est difficile d'obtenir un écoulement parfaitement établi. Les mouvements tourbillonnaires générés par la couche cisaillée issue du coin, ainsi que les propriétés statistiques de la turbulence, sont analysés. Le rayonnement acoustique est calculé à l'aide de l'analogie de Curle, programmée avec un algorithme en temps avancés. On observe une prépondérance du rayonnement des termes sources volumiques sur celui des termes sources surfaciques. Dans l'hypothèse d'une source compacte, la direction d'intensité maximale est observée autour de 60 degrés vers l'aval, due à l'effet conjugué du terme volumique associé à la tension de cisaillement et du terme volumique longitudinal. Dans le cas d'une source non-compacte, une influence importante de la prise en compte des temps de retards est observée à travers l'accentuation du rayonnement du terme volumique longitudinal vers l'aval.
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Dates et versions

tel-00012176 , version 1 (24-04-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00012176 , version 1

Citer

Florent Margnat. METHODE NUMERIQUE HYBRIDE POUR L'ETUDE DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS PARIETAUX. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Poitiers, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00012176⟩
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