Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Soutenance de thèse ECL

Mathieu Varé

Vendredi 18 décembre 2020, 14h30, visioconférence

Mathieu Varé

Étude du rayonnement acoustique et des mécanismes de rétroaction des jets impactant une plaque trouée par simulation des grandes échelles

Composition du jury :

Bogey, Christophe, HDR, École Centrale de Lyon, Directeur de thèse
Durand, Jean-François, Ingénieur, ArianeGroup, Invité
Gloerfelt, Xavier, Professeur, ENSAM ParisTech, Examinateur
Jordan, Peter, HDR, Institut Pprime, Rapporteur
Morris, Philip, Professeur, Penn State University, Rapporteur
Sanjosé, Marlène, Professeur, ETS Montréal, Examinatrice
Vuillot, François, Ingénieur, ONERA, Examinateur

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Résumé :

Dans ce travail de thèse, le rayonnement acoustique et les mécanismes de rétroaction des jets impactant une plaque trouée sont étudiés à l’aide de simulations aux grandes échelles. Dans ces simulations, les équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles sont résolues en coordonnées cylindriques en utilisant des schémas aux différences finies d’ordre élevé à faible dissipation et faible dispersion.
Cinq jets à un nombre de Mach variant entre 0.75 et 1.1 impactant une plaque pleine sont tout d’abord simulés. Un fort rayonnement tonal vers l’amont est mis en évidence. Ce rayonnement est lié à l’établissement d’une boucle de rétroaction entre la buse et la plaque. Il est montré que les ondes acoustiques neutres des jets ferment cette boucle de rétroaction.
L’influence d’un trou dans la plaque sur les mécanismes de rétroaction est ensuite étudiée à l’aide de quatre simulations de jets à un nombre de Mach de 0.9 impactant une plaque avec ou sans trou. Pour les quatre jets, une boucle de rétroaction s’établit entre le jet et la plaque. Les niveaux de bruit associés sont les plus élevés pour le jet impactant la plaque pleine et ils diminuent lorsque le diamètre du trou augmente. Ils dépendent de l’intensité et de la nature des interactions entre le jet et la plaque. Pour la plaque pleine et les plus petits trous, les ondes acoustiques remontant vers l’amont sont directement produites par l’impact des structures du jet sur la plaque, tandis que pour le plus grand trou, elles sont créées par la diffraction des fluctuations de pression aérodynamique du jet par les bords du trou.
Finalement, six simulations de jets supersoniques sur-détendus à un nombre de Mach d’éjection de 3.1 sont mises en œuvres. Un jet est libre, un deuxième impacte une plaque pleine et quatre autres une plaque trouée dans le but d’analyser les effets de la plaque, de la présence et du diamètre du trou sur l’écoulement et le rayonnement acoustique. Comme dans le cas des jets à un nombre de Mach de 0.9, les niveaux acoustiques sont les plus élevés pour le jet impactant la plaque pleine et ils diminuent avec le diamètre du trou, ce qui est dû à des interactions moins intenses entre le jet et la plaque. Le bruit rayonné vers l’amont est dominé par le bruit d’impact des structures turbulentes sur la plaque, tandis que les contributions des réflexions des ondes de Mach sur la plaque sont négligeables dans la direction amont.

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