Analyse des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores à partir de simulations numériques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Analyse des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores à partir de simulations numériques

Abbas Hekmati
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 930449

Résumé

In this study, based on Direct Noise Calculations, several post-processing tools are developed to investigate the aerodynamic events involved in noise generation in turbulent flows. These tools are employed in external flows around ground vehicles and flows within air conditioning systems. These two configurations allow to address both the direct noise propagation and the wall-pressure induced noise emission of walls. For such analyses, Direct Noise Calculations based on the lattice Boltzmann method are performed in order to analyze the aeroacoustic phenomena present in different flow configurations such as the ventilation outlet flow, the flow around a side mirror and the flow around a side window. The first analyses are carried out on these numerical data sets by using the causality methods that provide the possibility of relating the aerodynamic events to the noise emission. The Extended Proper Orthogonal Decomposition (EPOD) is therefore employed for direct propagation configurations. Ensuring the reliability of the numerical values available in terms of statistical convergence is a requirement for the use of this method. The importance of this preliminary study of feasibility for such aeroacoustic analyses is highlighted. Then, the initial EPOD procedure is improved by integrating a time delay between the radiated noise and the aerodynamic field. Different variables (velocity field, Lighthill's source tensor, pressure) in the source region to represent the aerodynamic events were also tested using the EPOD. It is thus shown the benefits of using the pressure field for such analyses. The aerodynamic events causing the radiated noise at certain frequencies could thus be characterized. The study of the acoustic radiation of panels is first performed by a Finite Element Model of a plate under deterministic excitation. This deterministic description is obtained using a synthesis approach starting from a statistical model describing the turbulent and acoustic components of the aeroacoustic excitation field. The vibroacoustic response of the plate to homogenous excitation fields is studied and is shown to be in good agreement with theoretical predictions. The application to in inhomogeneous excitation fields has also been successfully completed. Then, an analysis of contribution of different components (aerodynamic and acoustic) of the excitation field to the radiated acoustic field is performed using the coherence function. The limitations of this causality analysis which are due to the extended and incoherent nature of sources have been demonstrated. Finally, an approach based on the decomposition of the wall pressure field by POD is developed to separate the acoustic and the turbulent components of the total excitation field. The application of this method to synthetic data showed the effectiveness of this new approach. This method is finally successfully applied to a wall pressure field provided by numerical simulation of the flow around a real ground vehicle. This last stage of the present work offers many opportunities for both the modeling wall pressure field and the coupling analyses in such configuration.
Cette étude porte sur le développement d'outils d'analyse pour l'identification des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores dans les écoulements turbulents. Une application aux écoulements autour d'un véhicule automobile et à l'intérieur d'un habitacle automobile est proposée dans ces travaux. Ces écoulements permettent d'aborder aussi bien le rayonnement direct que le rayonnement des panneaux soumis à une excitation aéroacoustique. Pour ces analyses, des simulations numériques directes basées sur la méthode Boltzmann sur réseau ont été mises en œuvre pour analyser les phénomènes aéroacoustiques présents dans ces configurations d'écoulements tels que l'aérateur d'une voiture, l'écoulement autour d'un rétroviseur, l'écoulement autour d'une voiture (vitrages). Des premières investigations à partir de ces bases de données ont été menées en utilisant des méthodes de causalité permettant de relier les évènements aérodynamiques aux émissions sonores. Ainsi, pour l'analyse du rayonnement direct, la Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres Etendue (EPOD) est retenue. L'utilisation de cette méthode a nécessité dans un premier temps de s'assurer de la fiabilité des grandeurs numériques disponibles en terme de convergence statistique. On a ainsi pu mettre en évidence l'importance d'une telle étude préliminaire de faisabilité pour de telles analyses aéroacoustiques. Ensuite, la procédure initiale de l'EPOD est améliorée par la prise en compte d'un temps de retard entre le bruit rayonné et le champ aérodynamique. Différentes variables (champ de vitesse, tenseur de Lighthill, pression) dans la région aérodynamique pour représenter les évènements ''sources'', ont également été testées. Il a ainsi été montré l'intérêt d'utiliser le champ de pression pour de telles analyses. Des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores émises à certaines fréquences ont ainsi pu être caractérisés. L'étude du rayonnement acoustique des panneaux est tout d'abord effectuée par un modèle éléments finis d'une plaque sous une excitation déterministe. Cette description déterministe est obtenue à l'aide d'une démarche de synthèse partant d'un modèle statistique décrivant les composantes turbulente et acoustique du champ d'excitation aéroacoustique. La réponse vibroacoustique de la plaque vis-à-vis des champs homogènes d'excitation est étudiée et comparée favorablement aux prédictions théoriques. L'application à un champ d'excitation inhomogène a également été effectuée avec succès. Ensuite, une analyse de contribution des différentes composantes (aérodynamique et acoustique) du champ d'excitation au champ acoustique rayonné est effectuée à l'aide de la fonction de cohérence. Les limitations de cette méthode de causalité qui sont dues à la nature étendue et incohérente des sources ont été démontrées. Enfin, une démarche basée sur la décomposition du champ de pression pariétale par la POD est développée afin de séparer les composantes acoustique et turbulente du champ total d'excitation. Une première application de cette méthode à des données synthétiques a montré l'efficacité de cette nouvelle approche. Cette méthode est finalement appliquée avec succès à un champ de pression pariétale issu de la simulation numérique de l'écoulement autour d'un véhicule réel. Cette dernière étape de ce travail offre de nombreuses perspectives relatives aussi bien à la modélisation des champs de pression pariétale qu'à des analyses des couplages aéroacoustiques de ces champs de pression.
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Dates et versions

tel-00734572 , version 1 (23-09-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00734572 , version 1

Citer

Abbas Hekmati. Analyse des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores à partir de simulations numériques. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00734572⟩
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