Contrôle du sillage d'un corps non profilé (application expérimentale à une maquette simplifiée de véhicule industriel)

Ce manuscrit présente les travaux de thèse réalisés dans le cadre d une convention CIFRE entre Renault Trucks et le LMFA. Une stratégie de contrôle d écoulement, associant un volet déflecteur et des actionneurs de type jets pulsés et synthétiques, est étudiée expérimentalement en vue de réduire la traînée aérodynamique de corps non profilés à culot droit. Une première approche consiste à étudier l influence de cette stratégie sur une maquette bidimensionnelle. Des mesures de vitesse dans le sillage proche par TR-PIV et par anémométrie à fil chaud démontrent qu une certaine gamme de fréquence d actionnement permet à l écoulement de recoller sur le volet et de diminuer les fluctuations de vitesse dans la zone de recirculation, ce qui engendre une augmentation de la pression au culot. Une analyse par moyenne de phase et la détermination de corrélations spatio-temporelles permettent d identifier les perturbations induites par le contrôle conduisant à ces modifications de l écoulement. Un système de jets synthétiques est ensuite intégré à une maquette simplifiée de véhicule poids lourd à l échelle 1/8e, dont le sillage est représentatif des remorques réelles. Des gains en traînée significatifs sont obtenus et sont associés aux mêmes phénomènes aérodynamiques que pour la maquette bidimensionnelle. Enfin, une étude paramétrique montre la robustesse du contrôle aux caractéristiques de la couche limite incidente aux jets et à la longueur du volet déflecteur.This document presents the research work realized in the scope of a PhD thesis with Renault Trucks and the LMFA. A flow control strategy, combining an inclined flap with pulsed or synthetic jets, is experimentally studied to reduce the aerodynamic drag of square-back bluff bodies. A first approach consists in studying the effect of this strategy on the flow behind a twodimensional model. The near-wake flow is characterized by the use of velocity measurements obtained by Time-Resolved Particles Image Velocimetry and hot-wire Anemometry. These measurements show that the increase in rear base pressure, obtained in a specific range of actuation frequencies, is associated with the reattachment of the flow on the flap and with a decrease in velocity fluctuations within the recirculation area. A phase average analysis and the determination of space-time correlations allow identifying the aerodynamic disturbances induced by the control system and leading to these modifications of the wake flow. A synthetic jet system is integrated to a 1 :8 scale simplified truck model, with a wake flow similar to this of real trailers. Significant drag reductions are obtained using active control and are associated with the same flow phenomena as these observed in the two-dimensional model study. Eventually, a parametric study is performed and shows the robustness of the flow control strategy to the characteristics of the boundary layer developing on the model roof and to the flap length.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Modélisation en domaine temporel de la propagation acoustique

La propagation acoustique en milieu externe est fortement influencée par l'environnement. Les effets liés à la géométrie, comme la topographie ou la présence d'obstacles, sont principalement les réflexions et les diffractions. Concernant l'effet de l'atmosphère, les gradients moyens génèrent des réfractions tandis que la turbulence provoque des fluctuations aléatoires et une perte de cohérence du signal. La plupart de ces effets sont généralement bien décrits de manière théorique, cependant dans les configurations réelles le cumul de tous ces effets rend l'utilisation des expressions analytiques très difficile. Les études expérimentales présentent également des limites liées à la difficulté de connaître l'environnement parfaitement et d'isoler un effet physique particulier. Dans cette perspective, la simulation numérique est une alternative pratique et complémentaire à la théorie et l'expérimentation. Parmi les modèles numériques de propagation existants, ceux basés sur une résolution par différences finies dans le domaine temporel (FDTD pour Finite-Difference Time-Domain) des équations d'Euler linéarisées sont récents et particulièrement prometteurs. Cependant comme pour tout modèle nouveau, il reste à montrer qu'effectivement l'ensemble des phénomènes physiques d'intérêt sont retranscrits.Dans le cadre de ses études sur la propagation acoustique extérieure, l Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL) a implémenté un tel modèle de propagation. Cette implémentation est ci-après appelée ITM, pour ISL FDTD Model. L'objectif de cette thèse, proposée par l'ISL en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA), est de poursuivre le développement et les validations de cette implémentation. Une part importante du travail consiste également à illustrer les potentialités du code ITM pour des applications de propagation de signaux acoustiques complexes dans un environnement complexe. [...]Outdoor sound propagation is strongly influenced by the environment. The geometry, such as topography and the presence of obstacles, alters the sound through reflexions and diffractions. Regarding atmosphere-related effects, the mean gradients produce refractions while turbulence cause random fluctuations and signal coherence loss. Most of those effects are generally well described theoretically. Still, in real configurations, the accumulation of those effects makes the use of analytical expressions difficult. Experimental studies are also limited because of difficulties in perfectly determining the environment or in separating a precise physical effect. In that perspective, numerical simulation is a convenient and complementary alternative approach to theory and experimentation. Among the existing numerical propagation models, those based on a Finite-Difference resolution in the Time-Domain (FDTD) of the linearized Euler equations are recent and particularly promising. However as for every new model, it remains to show that indeed the physical phenomena of interest are reproduced. In the framework of its studies on outdoor sound propagation, the french-german research Institute of Saint-Louis (ISL) has implemented such a propagation model. This implementation is hereafter called ITM, for ISL FDTD Model. The objectives of the thesis, proposed by ISL in collaboration with the Laboratory of Fluid Mechanics and Acoustics (LMFA), are to pursue the developments and validations of this implementation. An important part of the work is also given on the illustration of the potentialitiesof the ITM code in propagating complex acoustic signals in complex environments. [ ]LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Étude du rayonnement acoustique d'instabilités hydrodynamiques de jets double-flux par les équations de stabilité parabolisées (PSE)

Dans le but de réduire le bruit de jet, source principale de nuisance sonore au décollage d'un avion, une compréhension fine des mécanismes aéroacoustiques mis en jeu est nécessaire. Les structures cohérentes de grande échelle se développant dans la couche de mélange d'un jet semblent responsables d'une part importante du bruit observé en champ lointain, surtout dans les basses fréquences. Une approche permettant d'étudier ces structures turbulentes est fournie par la théorie de stabilité, notamment au moyen des équations de stabilité parabolisées (PSE). L'étude de ces ondes d'instabilité est alors complémentaire d'autres approches (LES ou expériences), puisqu'elle permet de mettre en évidence la nature et la dynamique de ces structures, également présentes dans les résultats de simulations ou de mesures.Au cours de ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés aux structures cohérentes se développant dans des jets à double flux étudiés au cours du projet européen CoJeN (Coaxial Jet Noise). En particulier, nous avons exploité une base de données issues de mesures de fluctuations de pression réalisées en champ proche et en champ lointain de ces jets. Nous avons alors pu comparer les résultats de notre modélisation PSE à ces mesures en périphérie immédiate du jet, confirmant ainsi la pertinence d un tel modèle, même dans des configurations aussi complexes. De plus, le calcul du rayonnement acoustique en champ lointain engendré par les fluctuations de pression modélisées nous a permis de faire des comparaisons directes avec les niveaux et les directivités mesurés. Nous avons ainsi pu mettre en évidence quantitativement la contribution de ces structures turbulentes de grande échelle au bruit total rayonné par le jet.Increasingly stringent aircraft noise regulations require the development of innovative noise reduction strategies. Jet noise is a dominant acoustic component during take-off and a fine understanding of the underlying aeroacoustics mechanisms is then necessary. Large-scale coherent structures that develop in the mixing layer of jets appear to be the dominant acoustic source responsible for the lowfrequency far-field noise observed at low emission angles. A stability analysis based on the parabolized stability equations (PSE) is a suitable tool for studying these coherent structures, revealing the nature and the dynamics of the fluctuations obtained by simulations or experiments. The present work is focused on coherent structures developing in the two mixing layers of dualstream jets studied in the course of the European project CoJeN (Coaxial Jet Noise). In particular, pressure fluctuations measurements acquired in the near and far fields of two coaxial jets have been thoroughly analyzed. A direct comparison of these experimental results with linear PSE calculations has been performed in the vicinity of the jets, referred to as the linear-hydrodynamic region, confirming the relevance of the approach even in such complex industrial configurations. Furthermore, the acoustic projection to the far-field of the wavepackets issued by this model and calibrated in the near-field allows a direct comparison of the acoustic levels and directivity with far field sound measurements. A quantitative assessment of the contribution of the instability waves to the total jet noise measured has therefore been obtained.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Calcul du rayonnement acoustique d'écoulements turbulents basé sur des analogies acoustiques couplées aux simulations aérodynamiques instationnaires

Le contexte industriel de cette thèse est l'amélioration des outils de calcul aéroacoustique utilisés pendant les phases de conception des automobiles. L'objectif principal de ce travail est de développer et d'évaluer des méthodes numériques donnant accès au rayonnement sonore produit par des écoulements turbulents à faible nombre de Mach. Pour ce faire, nous utilisons les analogies acoustiques qui fournissent le champ sonore en deux étapes : d'une part le champ turbulent de vitesse incompressible est simulé en utilisant une méthode instationnaire appropriée (U-RANS et LES). D'autre part les termes sources sont construits à partir des grandeurs turbulents et sont combinés à un opérateur de propagation. La formulation utilisée pour extrapoler le champ sonore est la solution de l'équation de Ffowcs Williams et Hawkings. Cette technique est validée sur une configuration de cylindre puis utilisée pour traiter une configuration plus complexe : un demi cylindre sur un plan infini.The industrial context of this thesis is to develop new computational aeroacoustics methods in order to reduce the duration of the design process of future vehicles. In this work, the acoustic radiation of low Mach number turbulent flows is evaluated by using a two step approach. In a first time, the flow is simulated using an unsteady CFD method. In a second time, the CFD is coupled with an acoustic analogy in order to estimate the far field acoustic radiation. The method is developed and validated on 2-D and 3-D circular cylinders. The two step approach is then used on a more complex configuration : a wall mounted half cylinder. Numerical results are favourably compared to measurements performed during the thesis.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

SIMULATION DES GRANDES ECHELLES POUR LA PREDICTION DU BRUIT DES ECOULEMENTS TURBULENTS

ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Calcul direct du bruit aérodynamique et validation de modèles acoustiques hybrides

Ce travail de thèse concerne le calcul direct du bruit d'origine aérodynamique à partir des équations de Navier-Stokes. Il permet d'obtenir simultanément les champs aérodynamiques et les champs acoustiques, lesquels possèdent des caractéristiques physiques très différentes, sans faire intervenir de modélisation acoustique. L'alternative à cette démarche consiste à utiliser des méthodes hybrides, également étudiées dans ce travail, qui s'appuient sur un calcul en deux étapes. Dans ces méthodes, on détermine dans une première étape un champ turbulent de vitesse et on utilise, dans une seconde étape, un modèle de sources acoustiques combiné avec un opérateur de propagation pour obtenir le rayonnement acoustique. Pour ces diverses approches, un code de résolution des équations de Navier-Stokes 2-D puis 3-D est développé avec des techniques propres à l'aéroacoustique numérique. Les techniques numériques mises au point prennent en compte les particularités des fluctuations acoustiques. La précision des conditions aux limites fait notamment l'objet d'une évaluation minutieuse à l'aide de cas tests afin de minimiser les réflexions parasites. On dispose ainsi d'un code de simulation numérique directe (DNS) qui calcule toutes les échelles de la turbulence. Le modèle de sous-maille de Smagorinsky est de plus implanté pour pouvoir réaliser des simulations des grandes échelles (LES) dans lesquelles seules les grosses structures sont résolues. Plusieurs configurations sont considérées. (1) Le rayonnement de deux tourbillons corotatifs avec et sans écoulement moyen est déterminé directement par DNS. La source de bruit de type quadrupôle tournant est mise en évidence. Ces deux calculs préliminaires permettent également d'évaluer la précision de la méthode hybride qui introduit des termes sources dans les équations d'Euler linéarisées. L'expression des termes sources est ainsi validée. (2) Le rayonnement produit par appariement de tourbillons dans une couche de mélange 2-D subsonique est calculé directement par LES. Le mécanisme de génération de bruit est analysé en rapport avec la source quadrupolaire associée aux tourbillons corotatifs. Cette simulation permet aussi d'appliquer avec succès les deux méthodes hybrides s'appuyant sur l'analogie de Lighthill et sur les équations d'Euler linéarisées. (3) Un jet rond 3-D présentant un nombre de Mach de 0.9 et un nombre de Reynolds de 6.5 x 104 est étudié par LES. Le développement naturel du jet est obtenu en ajoutant des perturbations aléatoires de vitesse au profil initial en entrée du domaine de calcul. Les caractéristiques aérodynamiques du jet sont validées par comparaison avec des données expérimentales. Le rayonnement acoustique de ce jet, obtenu directement par LES, est conforme aux mesures de la littérature en terme de niveau, de directivité et de contenu spectral. Le jet est aussi excité de manière axisymétrique afin de générer des tourbillons annulaires. Les propriétés du rayonnement acoustique produit par les appariement s de tels tourbillons sont ainsi directement mises en évidence.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Calculs d'instabilités absolues et BiGlobales autour d'un bec de bord d'attaque

Les becs de bord d'attaque sont responsables pour une bonne part des nuisances sonores créées par les avions en phase d'approche. Les études antérieures laissent penser que les instabilités de l'écoulement jouent un rôle dans le bruit rayonné. L'objectif de cette thèse est donc de rechercher les modes hydrodynamiques instables de l'écoulement autour d'un bec générique. Au bord de fuite du bec, la théorie de l'instabilité absolue permet d'évaluer la fréquence de l'échappement tourbillonnaire. La valeur obtenue en haute fréquence (40 kHz) correspond bien au bruit de raie émis par le bec. Dans la cavité du bec, l'écoulement est supposé bidimensionnel, incompressible et non visqueux. La dépendance du problème suivant deux coordonnées spatiales impose le recours à l'approche de stabilité BiGlobale. La linéarisation des équations d Euler autour de l'écoulement moyen, dans le domaine fréquentiel, conduit à un problème différentiel aux valeurs propres défini sur un domaine curviligne. Une méthode appelée transformation implicite a été développée pour se ramener à un domaine cartésien, sur lequel on peut utiliser les techniques usuelles de collocation spectrale. Le code de calcul résultant, BIGSAM (BIGlobal Stability computation on an Arbitrary Mesh), a été validé sur plusieurs cas tests puis appliqué à la cavité curviligne du bec. On a ainsi établi une première taxonomie des modes hydrodynamiques de la cavité du bec. Les modes couronnes, situés autour de fréquences régulièrement espacées d'environ 380 Hz, montrent une couronne de tourbillons alternés, associés à des fluctuations de pression. Les modes allées représentent les allées de tourbillons de Kelvin-Helmholtz issus de la pointe inférieure du bec. Les plages de fréquences obtenues correspondent globalement à celles du bruit large bande basse fréquence dans le spectre sonore. Les résultats des calculs de stabilité absolue et BiGlobale constituent ainsi un premier pas vers la modélisation des sources de bruit aéroacoustique au voisinage du bec.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

Sound produced by a backward facing step under a wall jet

International audienceSound radiation by a backward facing step under a plane wall jet is examined. The investigation is based on an experiment where the mean velocity, the step heights and the cross-stream extent of the jet are varied. The comparison between the backward facing step flow and the corresponding wall jet shows the existence and some characteristics of a source located at the step. Computations of the sound radiated by the turbulent eddies and existing literature about sound sources near geometric singularities, indicate that the step is involved in the radiation of this source. It is shown that the step diffracts the sound of nearby passing eddies and that the sound level is significantly increased into the upstream directions. Flapping of the separated shear layer does not radiate soun

Critical Appraisal of Emergency Medicine Educational Research: The Best Publications of 2016.

ObjectivesThe objectives were to critically appraise the emergency medicine (EM) medical education literature published in 2016 and review the highest-quality quantitative and qualitative studies.MethodsA search of the English language literature in 2016 querying MEDLINE, Scopus, Education Resources Information Center (ERIC), and PsychInfo identified 510 papers related to medical education in EM. Two reviewers independently screened all of the publications using previously established exclusion criteria. The 25 top-scoring quantitative studies based on methodology and all six qualitative studies were scored by all reviewers using selected scoring criteria that have been adapted from previous installments. The top-scoring articles were highlighted and trends in medical education research were described.ResultsSeventy-five manuscripts met inclusion criteria and were scored. Eleven quantitative and one qualitative papers were the highest scoring and are summarized in this article.ConclusionThis annual critical appraisal series highlights the best EM education research articles published in 2016