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Cavalieri André Valdetaro Gomes

Wavepackets as sound-source mechanisms in subsonic jets

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Index

École doctorale :

  • SIMMEA - Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique

UFR ou institut :

  • Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP)

Secteur de recherche :

  • Mécanique des milieux fluides

Section CNU :

  • Mécanique, génie mécanique, génie civil

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Les paquets d'ondes comme mécanismes de génération de bruit des jets subsoniques

On considère les paquets d'ondes hydrodynamiques comme mécanismes de génération de bruit des jets subsoniques. Cette approche résulte tout d'abord de l'analyse de données numériques - DNS d'une couche de mélange (Wei et Freund 2006) et LES d'un jet à Mach 0,9 (Daviller 2010) - permettant de déterminer les propriétés des sources en termes de compacité, d'intermittence et de structure azimutale. L'identification d'un rayonnement intermittent associé aux modifications des structures cohérentes des écoulements permet de proposer un modèle de paquet d'onde pour représenter ce phénomène dans l'analogie de Lighthill, dont l'enveloppe présente des variations temporelles d'amplitude et d'étendue spatiale. Celles-ci sont tirées de données de vitesse de simulations numériques de jets subsoniques, et un accord de l'ordre de 1,5dB entre le champ acoustique simulé et le modèle confirme sa pertinence. L'exploration du concept proposé est ensuite poursuivie expérimentalement, avec des mesures de pression acoustique et de vitesse de jets turbulents subsoniques, permettant la décomposition des champs en modes de Fourier azimutaux. On observe l'accord des directivités des modes 0, 1 et 2 du champ acoustique avec le rayonnement d'un paquet d'onde. Les modes 0 et 1 du champ de vitesse correspondent également à des paquets d'onde, modélisés comme des ondes d'instabilité linéaires à partir des équations de stabilité parabolisées. Finalement, des corrélations de l'ordre de 10% entre les modes axisymétriques de vitesse dans le jet et de pression acoustique rayonnée montrent un lien clair entre les paquets d'onde et l'émission acoustique du jet.

Mots-clés libres : Bruit de jet, aéroacoustique, intermittence, paquet d'onde, superdirectivité, PIV stéréoscopique résolue en temps.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Aéroacoustique
  • Vélocimétrie par images de particules
  • Jets -- Bruit
  • Bruit aérodynamique

English

Wavepackets as sound-source mechanisms in subsonic jets

Hydrodynamic wavepackets are studied as a sound-source mechanism in subsonic jets. We first analyse numerical simulations to discern properties of acoustic sources such as compactness, intermittency and azimuthal structure. The simulations include a DNS of a two-dimensional mixing layer (Wei and Freund 2006) and an LES of a Mach 0.9 jet (Daviller 2010). In both cases we identify intermittent radiation, which is associated with changes in coherent structures in the flows. A wave-packet model that includes temporal changes in amplitude and axial extension is proposed to represent the identified phenomena using Lighthill's analogy. These parameters are obtained from velocity data of two subsonic jet simulations, and an agreement to within 1.5dB between the model and the acoustic field of the simulations confirms its pertinence. The proposed mechanism is then investigated experimentally, with measurements of acoustic pressure and velocity of turbulent subsonic jets, allowing the decomposition of the fields into azimuthal Fourier modes. We find close agreement of the directivities of modes 0, 1 and 2 of the acoustic field with wave-packet radiation. Modes 0 and 1 of the velocity field correspond also to wavepackets, modelled as linear instability waves using parabolised stability equations. Finally, correlations of order of 10% between axisymmetric modes of velocity and far-field pressure show the relationship between wavepackets and sound radiated by the jet.

Keywords : Jet noise, aeroacoustics, intermittency, wavepacket, superdirectivity, time-resolved PIV.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
UFR, institut ou école :
Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP)
Laboratoire :
Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME
Domaine de recherche :
Mécanique des milieux fluides et acoustique
Directeur(s) de thèse :
Yves Gervais, Peter Jordan
Date de soutenance :
18 juin 2012
Président du jury :
Neil D. Sandham
Rapporteurs :
Daniel Juvé, Tim Colonius
Membres du jury :
Yves Gervais, Peter Jordan, Joël Delville, Jacques Borée, Paulo A. O. Soviero

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