Modélisation des spectres de pression pariétale en vue de déterminer la réponse vibro-acoustique d'une structure soumise à une couche limite turbulente

Abstract

Une méthodologie en trois étapes est développée afin de déterminer la réponse vibro-acoustique d’une structure excitée par une couche limite turbulente : Dans un premier temps l’écoulement turbulent est modélisé avec une méthode stationnaire RANS qui permet d’obtenir les paramètres caractéristiques de la couche limite formée sur la structure. L’excitation dynamique générée par cette couche limite est ensuite calculée à partir de modèles semi-empiriques des fluctuations de pression pariétale. Finalement, ces spectres de pression pariétale sont introduits dans un modèle vibro-acoustique de la structure pour en déduire sa réponse. Dans ce papier, on s’intéresse plus particulièrement aux deux premières étapes. On étudie les modèles de fluctuations de pression pariétale qui peuvent traduire au mieux l’excitation induite par la couche limite turbulente, et on cherche à relier les valeurs des différents paramètres de ces modèles à des quantités que l’on peut estimer à partir d’un code RANS. Les cas de validation retenus pour cette phase correspondent à deux séries d’expériences réalisées à l’Ecole Centrale de Lyon dans le cadre du projet européen ENABLE et du projet ANR SONOBL. Ces expériences mettent en jeu un écoulement dans une veine fermée avec un gradient de pression statique nul, favorable ou adverse, induit par une hauteur de conduite variable (paroi supérieure profilée dans le cas du projet ENABLE, et inclinable dans le cas du projet SONOBL). Des calculs RANS k-ϵ et k-ω ont été réalisés et les grandeurs globales comparées aux expériences (épaisseurs caractéristiques de couche limite, pression statique, …), validant les calculs stationnaires. Les paramètres d’écoulement sont ensuite injectés dans différents modèles du spectre de fluctuations de pression pariétale : modèle de Goody [1] en l’absence de gradient de pression moyenne, et modèle récent de Rozenberg [2] en présence d’un gradient de pression défavorable. Les différents spectres pariétaux sont ensuite comparés aux résultats expérimentaux. [1] M. Goody, « Empirical spectral model of surface pressure fluctuations », AIAA journal, 2004, vol. 42, p. 1788-1794. [2] Y. Rozenberg, G. Robert, S. Moreau, « Wall-pressure spectral model including the adverse pressure gradient effects », AIAA Journal, 2012, vol. 50, no 10, p. 2168-2179