207 research outputs found

    Instabilités bidimensionnelles d’un dipôle visqueux

    Get PDF
    L’analyse de stabilité linéaire du dipôle de Lamb-Chaplygin (LCD) menée par Brion et al. [1] est étendue à une famille de dipôles visqueux de Lamb-Oseen (LOD) de plus petit rapport d’aspect a/b, où a est le rayon caractéristique des deux tourbillons et b leur distance de séparation. En ce qui concerne le LCD, une famille d’instabilités à grande longueur d’onde, présentant un taux de croissance maximal à la limite bidimensionnelle, a récemment été découverte par Brion et al. [1]. Ces auteurs suggèrent que la fuite de vorticité de perturbation dans le sillage du dipôle est le principal moteur de l’instabilité. Or le LCD est un modèle de dipôle particulier, qui n’exhibe pas de traîne visqueuse et présente une distribution de vorticité à dérivée discontinue à la frontière de la zone de recirculation. Brion et al. [1] ont donc également procédé à un premier examen de la stabilité bidimensionnelle du LOD, qui présente une traîne visqueuse et une distribution de vorticité régulière, associée à des rapports d’aspect plus représentatifs du sillage des voilures portantes. Cette analyse de stabilité a confirmé l’existence d’instabilités 2D pour les dipôles contra-rotatifs de type LOD. L’analyse de stabilité que nous proposons révèle que, malgré leur structure similaire, les taux de croissance des instabilités du LOD présentent des différences importantes avec ceux du LCD, que l’on rapporte ici en soulignant l’influence du rapport d’aspect a/b. Les résultats montrent une variation non-monotone des taux de croissance des modes les plus amplifiés en fonction de a/b et du nombre de Reynolds Re = Γ/ν. On remarque notamment que malgré la prédominance des modes symétriques stationnaires et antisymétrique instationnaires, la nature des modes les plus amplifiés est respectivement instationnaire pour de petits a/b 6 0, 17 et stationnaire à faible nombre de Reynolds

    Identification et analyse des mécanismes de génération du bruit de jet à partir de résultats expérimentaux et de simulations numériques

    Get PDF
    This study falls within the field of aircraft noise reduction and more precisely jet noise as it represents the main noise source during take-off. The present work consists in the identification and the analysis of the jet noise source mecanisms using experimental results and numerical simulation. First, an analysis of the near field pressure of a hot subsonic turbulent jet has been done from experimental data acquired with an azimuthal array of microphones. Secondly, in order to continue the analysis, a numerical simulation using the LES approach with turbulence triggering reproducing the experimental configuration has been set up and validated. The data obtained from the simulation enable to link the highlighted behaviours in the near field to pressure waves developping in the shear layer and propagating toward the potential core end, through correlation calculations. The intermittency of the downstream acoustic radiation, i.e. the main direction of radiation, has been evidenced and related to the coherent structures developping in the shear layer. To deepen the analysis, it would be interesting for instance to calculate spectral coherence between the aerodynamic and the acoustic fields from synchronised measurements.Cette étude s’inscrit dans le domaine de la réduction du bruit des avions et plus précisément du bruit de jet représentant la première source de bruit au décollage. Les travaux de thèse consistent en l’identification et l’analyse des mécanismes de génération du bruit de jet à partir de résultats expérimentaux et de simulations numériques. La démarche a porté dans un premier temps sur l’analyse de la structure du champ de pression proche d’un jet chaud subsonique turbulent à partir de données expérimentales acquises au moyen d’une antenne azimutale de microphones. Dans un second temps, une simulation numérique par l’approche LES, avec déclenchement de la turbulence, reproduisant la configuration expérimentale a été mise en place et validée dans le but de poursuivre l’analyse des données expérimentales. L’analyse des données issues de la simulation a permis de relier, au moyen de calculs de corrélation, les comportements identifiés dans le champ proche à des ondes de pression se développant dans la couche de cisaillement et se propageant vers la fin du cône potentiel. Cette analyse a également mis en avant le caractère intermittent du rayonnement acoustique dans la direction aval, direction pour laquelle l’énergie acoustique est maximale, ce caractère intermittent provenant des structures cohérentes se développant dans la couche de cisaillement. L’analyse réalisée à partir des données de la simulation serait utilement complétée par des calculs de cohérences entre le champ aérodynamique et le champ acoustique à partir de signaux expérimentaux provenant de mesures synchronisées

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

    Get PDF
    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. ABSTRACT : 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

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

    Get PDF
    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

    Magnetic induction maps in a magnetized spherical Couette flow experiment

    Get PDF
    The DTS experiment is a spherical Couette flow experiment with an imposed dipolar magnetic field. Liquid sodium is used as a working fluid. In a series of measurement campaigns, we have obtained data on the mean axisymmetric velocity, the mean induced magnetic field and electric potentials. All these quantities are coupled through the induction equation. In particular, a strong omega-eff ect is produced by di fferential rotation within the fluid shell, inducing a significant azimuthal magnetic field. Taking advantage of the simple spherical geometry of the experiment, I expand the azimuthal and meridional fields into Legendre polynomials and derive the expressions that relate all measurements to the radial functions of the velocity field for each harmonic degree. For small magnetic Reynolds numbers Rm the relations are linear, and the azimuthal and meridional equations decouple. Selecting a set of measurements for a given rotation frequency of the inner sphere (Rm = 9.4), I invert simultaneously the velocity and the magnetic data and thus reconstruct both the azimuthal and the meridional fields within the fluid shell. The results demonstrate the good internal consistency of the measurements, and indicate that turbulent non-axisymmetric fluctuations do not contribute significantly to the axisymmetric magnetic induction.Comment: soumis au Comptes Rendus Physiqu

    Instabilités bidimensionnelles d'un dipôle visqueux

    Get PDF
    L'analyse de stabilité linéaire du dipôle de Lamb-Chaplygin (LCD) menée par Brion et al (1) est étendue à une famille de dipôles visqueux de Lamb-Oseen (LOD) de plus petit rapport d'aspect "a/b", où "a" est le rayon caractéristique des deux tourbillons et "b" leur distance de séparation. En ce qui concerne le LCD, une famille d'instabilités à grande longueur d'onde, présentant un taux de croissance maximal à la limite bidimensionnelle, a récemment été découverte par Brion et al (1). Ces auteurs suggèrent que la fuite de vorticité de perturbation dans le sillage du dipôle est le principal moteur de l'instabilité. Or le LCD est un modèle de dipôle particulier, qui n'exhibe pas de traîne visqueuse et présente une distribution de vorticité à dérivée discontinue à la frontière de la zone de recirculation. Brion et al (1) ont donc également procédé à un premier examen de la stabilité bidimensionnelle du LOD, qui présente une traîne visqueuse et une distribution de vorticité régulière, associée à des rapports d'aspect plus représentatifs du sillage des voilures portantes. Cette analyse de stabilité a confirmé l'existence d'instabilités 2D pour les dipôles contra-rotatifs de type LOD. L'analyse de stabilité que nous proposons révèle que, malgré leur structure similaire, les taux de croissance des instabilités du LOD présentent des différences importantes avec ceux du LCD, que l'on rapporte ici en soulignant l'influence du rapport d'aspect. Les résultats montrent une variation non-monotone des taux de croissance des modes les plus amplifiés en fonction de a/b et du nombre de Reynolds Re= Γ/ν . On remarque notamment que malgré la prédominance des modes symétriques stationnaires et antisymétrique instationnaires, la nature des modes les plus amplifiés est respectivement instationnaire pour de petits a/b

    Etude de la stabilité d'un fluide dans un cylindre en précession

    Get PDF
    Dans ce papier nous présentons une analyse de stabilité linéaire basée sur un mécanisme de résonance triadique pour expliquer l'instabilité d'un fluide dans un cylindre en précession. Nous établissons une expression formelle du taux de croissance dans le cas où un mode de Kelvin forcé par la précession résonne avec deux modes de Kelvin libres. Cette expression est évaluée dans le cas particulier de modes de nombres d'onde azimutaux m=1 et m=2 lorsqu'on considère la première résonance des modes 1 et 3 de l'écoulement de base. Nous montrons alors qu'il existe des modes pour lesquels cette théorie prévoit une interaction constructive

    Réduction de bruit de jet turbulent : influence de la structure azimutale imposée par l'actionneur

    Get PDF
    Dans cette étude expérimentale sur un jet turbulent, un actionneur de réduction de bruit est présenté. Par injection fluidique depuis un corps central tournant, des gains acoustiques sont observés pour des jets turbulents isothermes à Mach 0,3 et Mach 0,6. En modifiant le mode d'excitation du jet, par modification du nombre de micro-jets dans le corps central (2, 4 et 6 micro-jets), différentes réponses acoustiques sont observées. Une interprétation de ces résultats est fournie dans le cadre de la théorie des paquets d'ondes.In this experimental study, a device for jet noise reduction is presented. Through fluidic injection in a rotating centerbody, a noise reduction is measured for turbulent jets at Mach 0.3 and Mach 0.6. By changing the number of micro-jet of the rotating plug (2, 4 and 6 micro-jets), the mode of excitation of the jet is changed, and the acoustic of the jet changes accordingly. A physical interpretation of these results is given within the framework of a wavepacket theory of jet noise

    Méthodes numériques pour la simulation aux grandes échelles LES monocanal d'étages de turbomachines

    Get PDF
    L'industrie aéronautique et en particulier celle qui s’intéresse aux turbomachines cherche en permanence à optimiser l’aérodynamique pour réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de polluants et notamment de gaz à effet de serre. Cette recherche passe par l’étude précise des différents modules pour vérifier un certain nombre d'éléments critiques tels que la marge au pompage, les niveaux de température pour la tenue des matériaux, les domaines d'opérabilité, etc. Les simulations instationnaires, dont les simulations aux grandes échelles (SGE) font partie, sont d'excellentes candidates pour pouvoir rendre compte de toute cette complexité, en particulier les interactions entre éléments et modules d'une turbine à gaz. Cependant, le coût de calcul pour un compresseur ou une turbine est tel que ce type de simulations n'est pas accessible pour le domaine industriel. Afin de réduire ces coûts, différents choix sont possibles. Du point de vue purement géométrique, les nombres d'aubage des étages de turbomachines étant la plupart du temps premiers entre eux, il est nécessaire de simuler l'intégralité azimutale de la machine pour prédire correctement les écoulements. Ainsi, cette thèse s’intéresse à l’étude de deux méthodes de réduction de taille de domaine pour les étages de turbomachines par des approches mono ou bi canal dans l’optique de rendre plus abordables les SGE. La méthode profile transformation (PTA) permet de transmettre l'information de part et d'autre de l'interface rotor stator à l'aide d'une mise à l'échelle géométrique. L'impact de l'hypothèse est évalué analytiquement, puis sur des cas de complexité croissante depuis un cas académique jusqu'à une turbine haute-pression industrielle. La méthode basée sur la périodicité spatio-temporelle de l'écoulement, appelée hypothèse chorochronique, est ensuite étudiée. Une condition limite particulière est conçue pour la gestion des bords azimutaux et une première évaluation est menée sur un cas académique de sillages défilants. Le même cas est utilisé pour valider la méthode complète constituée du traitement chorochronique aux bords azimutaux et à l'interface rotor stator. Dans une dernière partie, les deux méthodes sont comparées sur une configuration industrielle d'un étage de compresseur haute-pression

    Transition à la tridimensionalité de l'écoulement autour d'une sphère fixe en convection mixte

    Get PDF
    Nous menons actuellement, à l'IMFS de Strasbourg, une étude visant à décrire la trajectoire d'une sphère en fusion se déplaçant librement dans un fluide newtonien. Nous présentons ici les deux premières étapes de ce travail, consistant en l'étude paramétrique de l'écoulement axisymétrique autour d'une sphère fixe chauffée (en configuration 'assisting flow') et en l'étude de stabilité linéaire de cet écoulement. Les paramètres du problème sont le nombre de Reynolds, le nombre de Grashof et le nombre de Prandtl. Dans une première partie, nous présentons les coefficients de traînée et les nombres de Nusselt obtenus pour Pr=0.72 (air) en forçant l'axisymétrie du problème, ainsi que les différents aspects de l'écoulement. Dans une seconde partie, nous montrons que l'axisymétrie de l'écoulement est brisée par une bifurcation régulière dont nous présentons les seuils en fonction du nombre de Richardson (donnant ainsi les limites d'existence de la solution axisymétrique). Enfin, nous présentons l'aspect d'un écoulement pleinement tridimensionnel, obtenu grâce à un code de calcul spectral-éléments spectraux
    • …
    corecore