Aéroacoustique numérique d'un écoulement tourbillonnaire PDF Download
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Author: Pierre Navaro
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Category :
Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
Nous avons développé une méthode particules-maillage pour un écoulement plan compressible. La méthode est dérivée de la méthode Particle-in-Cell pour les écoulements incompressibles. Dans la deuxième partie nous utilisons la méthode des rayons modifiée pour le calcul de propagation du bruit dans un parc éolien. A travers les résultats numériques, nous discutons de la validité de la méthode. Nous montrons notamment plusieurs limitations de cette approche mais aussi des solutions permettant de l'améliorer.
Author: Pierre Navaro
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Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
Nous avons développé une méthode particules-maillage pour un écoulement plan compressible. La méthode est dérivée de la méthode Particle-in-Cell pour les écoulements incompressibles. Dans la deuxième partie nous utilisons la méthode des rayons modifiée pour le calcul de propagation du bruit dans un parc éolien. A travers les résultats numériques, nous discutons de la validité de la méthode. Nous montrons notamment plusieurs limitations de cette approche mais aussi des solutions permettant de l'améliorer.
Author: Michel Costes
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Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
Les écoulements tourbillonnaires ont un rôle très important en aérodynamique, notamment dans les sillages ou en écoulement turbulent. Bien que ces écoulements soient décrits par les équations de la dynamique des fluides, les schémas numériques ont tendance à diffuser les tourbillons beaucoup trop rapidement, du fait de la dissipation nécessaire à leur stabilité. La méthode de confinement tourbillonnaire introduite par Steinhoff en écoulement incompressible permet de pallier efficacement cette difficulté. Elle consiste essentiellement en l’ajout d’un terme source dans l’équation de quantité de mouvement, qui est la combinaison d’un terme diffusif et d’un terme anti-diffusif. Les deux schémas de confinement tourbillonnaires proposés par Steinhoff sont analysés en détails pour un écoulement compressible, en essayant de leur donner un fondement solide vis-à-vis des équations originales. L’idée sous-jacente est de relier le terme de confinement à la dissipation numérique de la discrétisation. Le premier schéma est singulier au centre du tourbillon, ce qui introduit une dégradation de la solution, notamment pour les champs de pression et de densité. Le second schéma a de meilleures propriétés numériques lui permettant de conserver les tourbillons très correctement. Enfin, la méthode de confinement doit être appliquée de la même façon en compressible et en incompressible, aucun terme source supplémentaire n’étant nécessaire dans l’équation de continuité et l’équation de l’énergie.
Author: BARTU.. UGURTAS
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Languages : fr
Pages : 133
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Book Description
L'ETUDE PRESENTEE DANS CE MEMOIRE A POUR OBJECTIF D'ANALYSER LE COUPLAGE AERO-ACOUSTIQUE QUI SE MANIFESTE DANS UN ECOULEMENT A L'INTERIEUR D'UN CANAL AVEC INJECTION PARIETALE. DANS CE BUT, DES MOYENS EXPERIMENTAUX ET NUMERIQUES SONT UTILISES AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LES DIFFERENTS ELEMENTS (INSTABILITE HYDRODYNAMIQUE, SOURCE ACOUSTIQUE, RECEPTIVITE) CONSTITUANT LA BOUCLE D'AUTO-OSCILLATION. L'INSTABILITE HYDRODYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT EST ETUDIEE PAR UNE APPROCHE NUMERIQUE BASEE SUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES. CETTE APPROCHE ORIGINALE PRESENTE L'AVANTAGE DE SIMULER L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE DANS SON ENSEMBLE (ONDES ACOUSTIQUES + ONDES HYDRODYNAMIQUES). A PARTIR DE L'EXPERIENCE EN GAZ FROID, VECLA, NOUS DISTINGUONS DEUX REGIMES D'AUTO-OSCILLATIONS SE MANIFESTANT DANS L'ECOULEMENT : UN PREMIER REGIME GOUVERNE PAR LES INSTABILITES HYDRODYNAMIQUES ET UN SECOND OU LA FREQUENCE DES OSCILLATIONS EST ACCROCHEE SUR LA FREQUENCE D'UN MODE ACOUSTIQUE DE LA VEINE. LA BOUCLE D'AUTO-OSCILLATION EST DECRITE PAR UN MODELE ANALYTIQUE DANS LEQUEL SONT DETERMINES LA VITESSE DE CONVECTION DES TOURBILLONS, U C, ET LE POINT DE REFERENCE, X H, OU LE COUPLAGE AERO-ACOUSTIQUE SEMBLE SE REALISER. UNE VISUALISATION DES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES PAR FLUORESCENCE INDUITE PAR LASER EST EGALEMENT MONTREE. ENFIN, LES SIMULATIONS NUMERIQUES DESTINEES A REPRODUIRE L'EXPERIENCE MONTRENT L'IMPORTANCE DES INSTABILITES HYDRODYNAMIQUES DE L'ECOULEMENT DE TAYLOR DANS LE MECANISME DE COUPLAGE AERO-ACOUSTIQUE.
Author: Xavier Gloerfelt
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Languages : fr
Pages : 274
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Book Description
Mon travail de thèse est consacré au calcul direct du bruit d'origine aérodynamique à partir des équations de Navier-Stokes. Cette méthode consiste à déterminer simultanément le champ aérodynami¬que et les ondes acoustiques qui possèdent des caractéristiques physiques très différentes, sans faire intervenir de modélisation acoustique. Elle nécessite donc l'utilisation de techniques numériques qui prennent en compte les particularités des fluctuations acoustiques. L'alternative à cette démarche consiste en effet à utiliser une méthode hybride, s'appuyant sur un calcul en deux étapes. La première étape détermine un champ turbulent de vitesse, alors que la seconde utilise un modèle de sources acoustiques combiné avec un opérateur de propagation pour obtenir le rayonnement acoustique. Le premier chapitre présente le code aéroacoustique ALESIA et les développements nouveaux pour l'étendre aux situations en présence de parois physiques. On a notamment développé une formulation des conditions aux limites de paroi. Ce problème est illustré par des cas-tests acoustiques et visqueux. Le deuxième chapitre synthétise l'état des connaissances théoriques et expérimentales concernant l'écoulement au dessus d'une cavité et notamment le rayonnement sonore associé. On s'attache plus particulièrement à la boucle de rétroaction aérodynamique pouvant générer les oscillations autoen-tretenues observées. Le calcul direct du bruit de cavité par simulation numérique directe (DNS) des équations de Navier-Stokes est mis en oeuvre pour plusieurs configurations bidimensionnelles dans le troisième chapitre. Une première simulation laminaire à bas Reynolds permet de reproduire le cou¬plage pression-vorticité responsable d'un rayonnement intense. L'étude de l'influence de l'épaisseur de la couche limite incidente met en évidence un nouveau régime d'écoulement, peut-être les limites d'une approche 2-D. Une deuxième simulation reproduit à l'échelle 1, par DNS, une configuration étudiée expérimentalement par Karamcheti(1955), où une couche limite laminaire à Mach 0.7 affleure une cavité rectangulaire bidimensionnelle. Parmi les théories aéroacoustiques disponibles, le quatrième chapitre analyse les possibilités offertes par les méthodes intégrales, afin de déterminer leur pertinence et leur complémentarité avec les cal¬culs directs. Une revue exhaustive des formulations et des applications existantes permet d'ordonner les nombreux développements réalisés dans ce domaine et de déterminer leur champ d'application respectif. Le dernier chapitre discute la résolution numérique de ces formulations. Trois formula¬tions intégrales, l'analogie de Ffowcs Williams et Hawkings, la méthode d'extrapolation de Kirchhoff et la méthode d'extrapolation basée sur l'équation de Ffowcs Williams et Hawkings sont mises en oeuvre pour plusieurs configurations. L'application à la cavité non compacte de Karamcheti permet d'appréhender les possibilités offertes en terme de gain numérique et d'analyse des sources de bruit.
Author: Lionel Gamet
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Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de macCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. la modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l'aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelles (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expériementales. Une méthode intégralle de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustqiue. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparés à des études expérimentales et à d'autres simulations.
Author: Pierre Yser
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Languages : fr
Pages : 237
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Book Description
Cette thèse vise à améliorer la précision numérique des simulations aéroacoustiques d'écoulements dans un contexte précis, celui du cadre industriel avec un partenariat Dassault Aviation. Pour répondre à cette problématique, la modélisation aux grandes échelles est utilisée afin de la rendre plus efficace et adaptée à la méthode numérique des éléments finis stabilisée par SUPG/GLS. Afin de préciser la méthode numérique, une première partie est consacrée à la formulation théorique et pratique du code AETHER utilisé. La précision des schémas numériques spatial et temporel est aussi présentée. L'idéologie principale issue de la famille des modèles Variational Multi-Scale a été retenue afin de construire le nouveau modèle de sous-maille. En effet, une précédente thèse avait démontré la pertinence de ce type d'approche pour les éléments finis. Même si le cadre est applicatif, cette thèse propose une réflexion générale sur le filtrage numérique en éléments finis ainsi qu'un nouveau procédé pour filtrer le plus efficacement l'écoulement calculé. Cette nouvelle approche de filtrage est particulièrement bien adaptée aux éléments finis et à la montée en ordre spatial. Un modèle hybride de gestion des parois est aussi développé afin de pouvoir utiliser le nouveau modèle de sous-maille dans des configurations complexes comprenant des surfaces solides. Le processus de filtrage est testé sur le cas académique des tourbillons de Taylor-Green et présente un réel gain. Enfin le modèle global est utilisé pour calculer une configuration industrielle de tri-corps hypersustenté nommée LEISA II. Grâce au nouveau modèle proposé et validé par les résultats expérimentaux, il a été possible de fournir des interprétations physiques pointues sur le comportement complexe de l'écoulement du bec et du bruit qu'il génère. Cette dernière partie est une illustration pertinente de l'utilisation des modèles aux grandes échelles pourtant coûteux, et cela même dans un contexte industriel.
Author: Youness Noumir
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Languages : fr
Pages : 207
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Book Description
L’objectif de cette thèse est la simulation en régime haute fréquence des phénomènes aéroacoustiques en présence d’un écoulement réaliste pour une meilleure compréhension des effets de ce dernier sur la propagation des ondes acoustiques afin de pouvoir réduire les nuisances sonores dans les transports aériens. L’inconnue du problème est une perturbation d’un écoulement donné, dit moyen ou stationnaire, ce qui conduit naturellement à considérer des équations linéarisées. Contrairement au cas classique de l’acoustique sans écoulement, le problème obtenu est vectoriel, car la présence de l’écoulement stationnaire couple l’acoustique et l’hydrodynamique. Dans cette thèse, nous proposons l’étude théorique et numérique de l’approximation haute fréquence du système d’Euler linéarisé, en s’affranchissant de l’hypothèse d’un écoulement potentiel et en utilisant une nouvelle approche, qualifiée d’eulérienne, basée sur des schémas numériques de type différences finies pour la résolution de l’équation eikonale sur la phase, ainsi que l’équation de transport sur l’amplitude. Nous traitons aussi les caustiques de type pli pour un système hyperbolique par des opérateurs intégraux de Fourier et par la représentation d’Airy.
Author: Xue Feng
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les travaux de cette thèse concernent la modélisation et la simulation numérique de la propagation d'ondes acoustiques en présence d'un écoulement. Le modèle retenu pour ces études est l'équation de Galbrun. Les travaux faits sur l'équation de Galbrun ont essentiellement porté sur le régime harmonique. En revanche, la plupart des études mathématiques et numériques du problème de l'aéroacoustique est en régime transitoire. C'est pourquoi, il est intéressant pour nous d'étudier l'équation de Galbrun en régime transitoire. Pour résoudre cette équation en régime transitoire, notre approche a reposé sur la transformée de Laplace, qui nous permet de faire l'échange entre le domaine harmonique et le domaine réel. Un autre sujet abordé dans cette thèse est celui du traitement des conditions aux limites non réfléchissantes en écoulement uniforme et non-uniforme. Nous proposons la méthode PML pour l'équation de Galbrun. Inspirée par la méthode de Hu, nous proposons un nouveau modèle PML associé à l'équation de Galbrun, qui a toujours conduit à une solution exponentiellement décroissante dans la couche, même en présence d'ondes inverses. Les simulations acoustiques montrent étonnamment d'erreur de convergence pour les deux modèles classiques et nouveaux. Nous validons notre modèle PML à travers plusieurs exemples numériques dans l'écoulement uniforme et non-uniforme. Le dernier objectif est de proposer des modèles de sources aéroacoustiques associées à l'équation de Galbrun. Après une présentation en détail des modèles existants, on adapte une méthode hybride (EIF) à l'équation de Galbrun. Pour assurer la validité de l'approche globale, certains tests classiques sont choisis parmi la littérature et les résultats sont comparés avec les approches existantes et les solutions analytiques.
Author: Kamel Berriri
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Pages : 0
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Book Description
La thèse a pour objet la modélisation et la simulation numérique de la propagation d'ondes dans un fluide en écoulement uniforme ou fortement cisaillé. Nous retiendrons l'équation de Galbrun comme modèle mathématique linéarisé pour décrire ce phénomène. Cette équation, dont l'inconnue est le déplacement lagrangien, ne se prête pas à une étude mathématique directe en raison d'un défaut d'ellipticité. La première partie traite le cas d'un écoulement subsonique uniforme. Nous présentons dans un premier temps une méthode de régularisation pour pallier le défaut de coercivité de la ``partie spatiale'' de l'équation de Galbrun et, dans un deuxième temps, une méthode de résolution numérique stable. En outre, nous calculons à l'aide de la technique de Cagniard-de Hoop, le tenseur de Green de l'équation de Galbrun. Ce tenseur admet une singularité non intégrable en espace et en temps. La deuxième partie est consacrée à l'extension de ce qui précède au cas des écoulements brutalement cisaillés. Nous montrons par l'analyse de Kreiss que le problème limite est fortement mal posé. Pour contourner cette difficulté, nous proposons alors deux approches fondamentalement différentes. La première est analytique : nous utilisons la méthode de Cagniard-de Hoop pour calculer analytiquement la solution fondamentale du problème. La deuxième approche repose sur la conception d'un nouveau modèle. Nous montrons comment, à partir de techniques asymptotiques de type ``couche limite'', on peut construire de nouvelles conditions de transmission conduisant à un problème bien posé et rendant compte du phénomène d'instabilité de Kelvin-Helmholtz.
Author: Stéphane Lanteri
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Book Description
CETTE ETUDE EST CONSACREE A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES D'UN FLUIDE COMPRESSIBLE, VISQUEUX ET NON-VISQUEUX. DANS UN PREMIER TEMPS, ON SE PLACE DANS UN CADRE MONODIMENSIONNEL ET L'ON S'INTERESSE A LA MISE AU POINT DE SCHEMAS NUMERIQUES SUFFISAMMENT PRECIS POUR PERMETTRE LA SIMULATION D'ECOULEMENTS DE FLUIDES EN REGIME INSTATIONNAIRE. ON PRESENTE ENSUITE L'EXTENSION DE CES SCHEMAS AU CAS BIDIMENSIONNEL LORSQUE L'ECOULEMENT DU FLUIDE EST MODELISE PAR LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. LA DISCRETISATION SPATIALE EST DU TYPE MIXTE ELEMENTS/VOLUMES FINIS SUR DES MAILLAGES TRIANGULAIRES NON-STRUCTURES. ON ETUDIE ENFIN LA MISE EN UVRE DE SIMULATIONS NUMERIQUES SUR UNE ARCHITECTURE MASSIVEMENT PARALLELE DE TYPE SYNCHRONE. DANS LE CAS OU L'ON UTILISE DES GRILLES DE CALCUL IRREGULIERES, UNE ATTENTION PLUS PARTICULIERE DOIT ETRE PORTEE A LA GESTION DES COMMUNICATIONS SI L'ON NE VEUT PAS VOIR LES PERFORMANCES DE CE TYPE DE MACHINE SE DEGRADER DE FACON DRAMATIQUE
