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Sebastian Robin

Numerical simulation of acoustic propagation in a turbulent channel flow with an acoustic liner

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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 :

  • Acoustique

Section CNU :

  • Mécanique, génie mécanique, génie civil

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Simulation numérique de la propagation acoustique en canal turbulent avec traitement acoustique

Les matériaux absorbants acoustiques, qui sont d’un intérêt stratégique en aéronautique pour la diminution passive du bruit des réacteurs d’avion, conduisent à une physique complexe où l’écoulement turbulent, des ondes acoustiques, et l’absorbant interagissent. Cette thèse porte sur la simulation de cette interaction dans le problème modèle d’un écoulement de canal turbulent avec des parois impédantes, par le biais de simulations numériques aux grandes échelles implicites, dans un contexte de calcul haute performance. Une étude est d’abord faite des grandes échelles dans un canal turbulent avec des parois rigides, en s’intéressant plus particulièrement à l’effet d’une faible compressibilité (Mach <3) sur les caractéristiques de ces échelles. Un canal turbulent avec une paroi de type impédance est ensuite simulé, avec une condition habituelle de périodicité dans le sens de l’écoulement. On observe que pour des faibles valeurs de la résistance et des fréquences de résonance basses, l’écoulement est instable, ce qui engendre une onde le long de l’absorbant, qui modifie la turbulence et augmente la trainée. Enfin, on se tourne vers une simulation de canal spatial en levant la condition de périodicité dans la direction de l’écoulement, ce qui permet d’introduire une onde acoustique en entrée de domaine. L’atténuation de l’onde dans l’écoulement turbulent est étudiée avec des parois rigides, puis un absorbant acoustique est introduit. Dans cette configuration plus réaliste, il est confirmé que l’écoulement peut devenir instable au bord amont de l’absorbant, ce qui empêche l’atténuation de l’onde acoustique incidente.

Mots-clés libres : Acoustique en conduite, impédance acoustique, écoulement de canal turbulent, instabilité, simulation des grandes échelles, calcul haute performance.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Simulation aux grandes échelles
  • Impédance acoustique
  • Turbulence
  • Isolants acoustiques
  • Stabilité

English

Numerical simulation of acoustic propagation in a turbulent channel flow with an acoustic liner

Acoustic liners are a key technology in aeronautics for the passive reduction of the noise generated by aircraft engines. They are employed in a complex flow scenario in which the acoustic waves, the turbulent flow, and the acoustic liner are interacting. During this thesis, in a context of high performance computing, a compressible Navier-Stokes solver has been developed to perform implicit large eddy simulations of a model problem of this interaction: a turbulent plane channel flow with one wall modeled as an impedance condition. As a preliminary step the wall-turbulence in rigid channel flows and associated large-scale motions are investigated. A straightforward algorithm to detect these flow features is developed and the effect of compressibility on the flow structures and their contribution to the drag are studied. Then, the interaction between the acoustic liner and turbulent flow is investigated assuming periodicity in the streamwise direction. It is shown that low resistance and low resonance frequency tend to trigger flow instability, which modifies the conventional wall-turbulence and also results in drag increase. Finally, the simulation of a spatial channel flow was addressed. In this case no periodicity is assumed and an acoustic wave can be injected at the inlet of the domain. The effect of turbulence on sound attenuation is studied without liner, before a liner is introduced on a part of the channel bottom wall. In this more realistic case, it is confirmed that low resistance acoustic liners trigger an instability at the leading edge of the liner, resulting in drag increase and excess noise generation.

Keywords : acoustic liner, duct acoustics, channel flow, wall turbulence, large-scale motions, compressibility, instability, drag, Implicit Large Eddy Simulation (ILES), high performance computing.

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 (Poitiers)
Domaine de recherche :
Turbulence et Aéroacoustique
Directeur(s) de thèse :
Eric Lamballais, Véronique Fortuné, David Marx
Date de soutenance :
26 novembre 2018
Président du jury :
Jean-Paul Bonnet
Rapporteurs :
Yves Auregan, Jean-Philippe Laval
Membres du jury :
Eric Lamballais, Véronique Fortuné, Emmanuel Perrey-Debain, David Marx, Estelle Piot

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