Flow-acoustic interaction with innovative materials - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Flow-acoustic interaction with innovative materials

Interaction Aéro-Acoustique avec des Materiaux Innovants

Résumé

This thesis focuses on the aeroacoustic behavior of novel metamaterials in a grazing flow configuration with the scope to understand how the effect of flow plays a role in their acoustic response. Three different materials have been considered and whose analysis compose the corpus of this work. First, the investigation around a corrugated plate in presence/absence of a grazing flow is shown. In recent literature, acoustic investigations on similar surfaces have shown interesting acoustic amplification/attenuation effects at characteristic Strouhal numbers linked to the width (and edge quality) of the corrugations, flow velocity and acoustic frequency. An acoustic and optical experimental setup was used to investigate the linear regime of these disturbances. In the end, the four components that compose the acoustic power have been characterized and their relative importance identified as well as the difference behind gain and loss mechanisms explained. The second part of the thesis is focused on another aspect of flow grazing above metamaterials. As new metamaterials are investigated, often a "magic layer" which would allow acoustics to pass but suppress the sound-flow interactions is theorized. For its realization, a Kevlar fabric layer is equally often indicated, because of its utilization in aeroacoustic wind tunnels. Thus, we show that, while the presence of Kevlar can eliminate flow-sound interactions leading to acoustic amplification and whistling phenomena, this also adds large acoustic losses, which limit interesting resonance effects in metamaterials applications and making it non ‘transparent’. Finally, in the third part of this manuscript, a liner concept based on a cantilever beam was investigated. The beam is composed of articulated plates and resistance slits, in order to improve its performance at lower frequencies, especially when compared with other moving surfaces metamaterials (e.g. membranes). The beam was characterized for grazing acoustic incidence in absence/presence of flow as well as in an impedance tube at normal incidence. Finally, a new and simple model is proposed to predict the attenuation of this type of acoustic treatment which agrees with the acoustic measurements.
Ces travaux de thèse portent sur le comportement aéroacoustique de nouveaux metamatériaux subjugués à un écoulement cisaillé pour comprendre son effet sur la réponse acoustique. Trois matériaux ont été considérés dans cette thèse : d’abord, l’investigation d’une plaque corruguée en présence/absence d’écoulement cisaillé est présentée. Dans la littérature, corrugations similaires ont montrés intéressants effets d’amplification/affaiblissement à des précis nombres de Strouhal liés à la largeur de la cavité (et la nature de son bord), à la vitesse de l’écoulement et la fréquence acoustique. Un système de mesure acoustique et optique a été mis en place pour investiguer le régime linéaire de ces perturbations. Finalement, les quatre composantes qui produisent la puissance acoustique et leur importance relative ont étés caractérisés ainsi comme le mécanisme de production/absorption. La deuxième partie de cette travail est axée sur un autre aspect d’effet d’écoulement. Puisque nouveaux métamateriaux sont investigués, très souvent on prend en compte une couche qui pourrait bloquer les interactions avec l’écoulement mais qui pourrait laisser passer les ondes acoustiques. Autant souvent, cette couche est pensée fabriquée en Kevlar, en vue de son utilisation dans les souffleries aéroacoustiques. L’interêt de cette partie était donc de montrer comme la présence d’une couche de Kevlar peut éliminer les interactions mais, en même temps, elle limite aussi effets de résonance intéressants et donc ne peut pas être considérée ‘transparente’. Ensuite, dans la troisième partie de cette thèse, l’investigation d’une nouvelle conception de liner basé sur une poutre en porte-à-faux est présentée. Cette poutre est composée par des plaques articulées et des fentes, qui permettent d’améliorer leurs prestations à baisse fréquences, surtout si comparées avec celles d’autre métamatériaux ‘vibrantes’ (par exemple membranes). Le liner a été caractérisé en présence/absence d’écoulement cisaillé et aussi avec un tube à impédance. Finalement, un modèle nouveau est présenté qui est bien d’accord avec ces mesures.
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2021LEMA1040.pdf (22.15 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03588310 , version 1 (24-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03588310 , version 1

Citer

Massimo Emiliano d'Elia. Flow-acoustic interaction with innovative materials. Acoustics [physics.class-ph]. Le Mans Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021LEMA1040⟩. ⟨tel-03588310⟩
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