Simulation numérique des effets de la turbulence sur la propagation du son dans l'atmosphère PDF Download
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Author: Patrick Chevret
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 172
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Book Description
LA PREDICTION DU NIVEAU SONORE DANS LES BASSES COUCHES DE L'ATMOSPHERE EST UN PROBLEME DELICAT A APPREHENDER COMPTE TENU DE LA COMPLEXITE DES PHENOMENES PHYSIQUES MIS EN JEU. EN EFFET, S'IL CONVIENT DE BIEN DECRIRE L'INTERACTION ENTRE L'ONDE ET LE SOL, IL EST AUSSI INDISPENSABLE DE PRENDRE EN COMPTE SIMULTANEMENT LES VARIATIONS DU MILIEU DE PROPAGATION DUES AUX GRADIENTS MOYENS ET AUX FLUCTUATIONS TURBULENTES DE TEMPERATURE ET DE VENT. LA MODELISATION QUE NOUS AVONS CHOISIE EST FONDEE SUR UNE APPROCHE STATISTIQUE. LE MILIEU DE PROPAGATION EST REPRESENTE PAR UN ENSEMBLE DE REALISATIONS D'UN CHAMP ALEATOIRE D'INDICE DE REFRACTION SUPERPOSE AU CHAMP MOYEN. CE CHAMP TURBULENT EST CREE PAR SUPERPOSITION D'UN NOMBRE LIMITE DE MODES DE FOURIER ALEATOIRES, PERMETTANT UNE DESCRIPTION A PARTIR DES GRANDEURS PHYSIQUES MESUREES. LES ONDES ACOUSTIQUES SONT PROPAGEES DANS CHAQUE REALISATION EN UTILISANT UNE EQUATION PARABOLIQUE GRAND ANGLE QUI EST RESOLUE PAR UNE METHODE NUMERIQUE MIXTE ALLIANT LES AVANTAGES DES ALGORITHMES SPLIT-STEP FOURIER ET DIFFERENCES FINIES. NOTRE MODELE A ETE APPLIQUE AUX DEUX GRANDES CLASSES DE PROBLEMES POUR LESQUELLES LES EXPERIENCES REALISEES IN SITU ONT MONTRE QU'IL EST NECESSAIRE DE PRENDRE EN COMPTE LES EFFETS DE LA TURBULENCE. NOUS AVONS AINSI ETUDIE D'UNE PART LA MODIFICATION DES INTERFERENCES LORS DE LA PROPAGATION AU VOISINAGE D'UN SOL EN L'ABSENCE DE GRADIENT MOYEN, ET D'AUTRE PART LA DIFFUSION DANS LES ZONES D'OMBRE PROFONDES OBSERVEE EN PRESENCE D'UN GRADIENT DE CELERITE NEGATIF. APRES AVOIR CONSIDERE UNE FONCTION DE CORRELATION GAUSSIENNE POUR LES FLUCTUATIONS D'INDICE, NOUS AVONS ENVISAGE UNE FONCTION DE CORRELATION ASSOCIEE A UN SPECTRE DE VON KARMAN AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LES EFFETS D'UNE ZONE INERTIELLE DE TURBULENCE SIGNIFICATIVE. EN PLUS DE L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DES NIVEAUX ACOUSTIQUES MOYENS, NOTRE MODELE FOURNIT DES RENSEIGNEMENTS PRECIEUX SUR LES FLUCTUATIONS DU CHAMP ACOUSTIQUE.
Author: Patrick Chevret
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Languages : fr
Pages : 172
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Book Description
LA PREDICTION DU NIVEAU SONORE DANS LES BASSES COUCHES DE L'ATMOSPHERE EST UN PROBLEME DELICAT A APPREHENDER COMPTE TENU DE LA COMPLEXITE DES PHENOMENES PHYSIQUES MIS EN JEU. EN EFFET, S'IL CONVIENT DE BIEN DECRIRE L'INTERACTION ENTRE L'ONDE ET LE SOL, IL EST AUSSI INDISPENSABLE DE PRENDRE EN COMPTE SIMULTANEMENT LES VARIATIONS DU MILIEU DE PROPAGATION DUES AUX GRADIENTS MOYENS ET AUX FLUCTUATIONS TURBULENTES DE TEMPERATURE ET DE VENT. LA MODELISATION QUE NOUS AVONS CHOISIE EST FONDEE SUR UNE APPROCHE STATISTIQUE. LE MILIEU DE PROPAGATION EST REPRESENTE PAR UN ENSEMBLE DE REALISATIONS D'UN CHAMP ALEATOIRE D'INDICE DE REFRACTION SUPERPOSE AU CHAMP MOYEN. CE CHAMP TURBULENT EST CREE PAR SUPERPOSITION D'UN NOMBRE LIMITE DE MODES DE FOURIER ALEATOIRES, PERMETTANT UNE DESCRIPTION A PARTIR DES GRANDEURS PHYSIQUES MESUREES. LES ONDES ACOUSTIQUES SONT PROPAGEES DANS CHAQUE REALISATION EN UTILISANT UNE EQUATION PARABOLIQUE GRAND ANGLE QUI EST RESOLUE PAR UNE METHODE NUMERIQUE MIXTE ALLIANT LES AVANTAGES DES ALGORITHMES SPLIT-STEP FOURIER ET DIFFERENCES FINIES. NOTRE MODELE A ETE APPLIQUE AUX DEUX GRANDES CLASSES DE PROBLEMES POUR LESQUELLES LES EXPERIENCES REALISEES IN SITU ONT MONTRE QU'IL EST NECESSAIRE DE PRENDRE EN COMPTE LES EFFETS DE LA TURBULENCE. NOUS AVONS AINSI ETUDIE D'UNE PART LA MODIFICATION DES INTERFERENCES LORS DE LA PROPAGATION AU VOISINAGE D'UN SOL EN L'ABSENCE DE GRADIENT MOYEN, ET D'AUTRE PART LA DIFFUSION DANS LES ZONES D'OMBRE PROFONDES OBSERVEE EN PRESENCE D'UN GRADIENT DE CELERITE NEGATIF. APRES AVOIR CONSIDERE UNE FONCTION DE CORRELATION GAUSSIENNE POUR LES FLUCTUATIONS D'INDICE, NOUS AVONS ENVISAGE UNE FONCTION DE CORRELATION ASSOCIEE A UN SPECTRE DE VON KARMAN AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LES EFFETS D'UNE ZONE INERTIELLE DE TURBULENCE SIGNIFICATIVE. EN PLUS DE L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DES NIVEAUX ACOUSTIQUES MOYENS, NOTRE MODELE FOURNIT DES RENSEIGNEMENTS PRECIEUX SUR LES FLUCTUATIONS DU CHAMP ACOUSTIQUE.
Author: Julie Wasier
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 187
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Book Description
Les ondes acoustiques qui se propagent dans un milieu turbulent subissent d'importantes perturbations dues aux fluctuations aléatoires du milieu de propagation. De nombreuses mesures réalisées dans l'atmosphère ont permis de mettre en évidence l'influence de la turbulence sur la propagation du son au voisinage d'un sol. On observe des modifications du régime d'interférence lié à l'existence d'ondes directes et d'ondes réfléchies par le sol ainsi que des variations de niveaux acoustiques importantes. La turbulence atmosphérique est aussi à l'origine d'une augmentation des niveaux sonores dans la zone d'ombre acoustique qui se forme en présence d'un gradient vertical de célérité du son négatif. Notons que dans l'ensemble des expériences réalisées en extérieur, il est difficile de dissocier les effets des différents phénomènes qui interviennent (gradients de vitesse du vent, de température, fluctuations de température et de vitesse...). Un dispositif expérimental en laboratoire a donc été mis au point afin de réaliser des essais reproductibles dans des conditions où la turbulence serait contrôlée. Des études précédentes dans la chambre anéchoïque de l'ECL ont montré qu'il était possible de simuler l'influence d'une turbulence thermique sur la propagation des ondes acoustiques en espace libre en travaillant dans l'air au-dessus d'une grille chauffante. L'installation existante a donc été modifiée de façon à prendre en compte les effets d'une frontière. Deux types de frontière ont été envisagés : une paroi plane de façon à étudier le réseau d'interférences lié à l'existence d'une onde directe et d'une onde réfléchie par la paroi, une paroi courbe pour modéliser un gradient de célérité du son et étudier les phénomènes de diffusion dans la zone d'ombre acoustique ainsi créée. Pour chaque configuration, des mesures du niveau sonore moyen et des fluctuations sonores ont été effectuées. Ceci nous a donc conduit à étudier les moments d'ordre 2 et 4 du champ de pression acoustique. Les résultats expérimentaux ont ensuite été comparés à des résultats de simulations numériques obtenues à l'aide d'un modèle statistique de résolution des équations de propagation, développé au Laboratoire. Dans ce modèle, les fluctuations de température sont obtenues par synthèse de modes de Fourier aléatoires et le milieu de propagation est alors représenté par un ensemble de réalisations indépendantes. Pour chacune d'entre elles, le champ de pression acoustique est obtenu en résolvant une équation de propagation de type parabolique. En ce qui concerne la configuration paroi plane, les comparaisons calcul-mesures se sont avérées satisfaisantes, pour une large gamme de fréquences acoustiques. Concernant la configuration paroi courbe, les comparaisons dans le cas sans turbulence sont excellentes. Ceci nous a donc permis de valider l'analogie existant entre la propagation du son dans une atmosphère réfractive et la diffusion du son par une surface courbe. Notons, que nous avons clairement mis en évidence les effets de diffusion du son par la turbulence dans la zone d'ombre acoustique ce qui valide les observations faites lors des campagnes de mesure en extérieur.
Author: Acoustical Society of America
Publisher:
ISBN:
Category : Architectural acoustics
Languages : en
Pages : 1636
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Author: Henri Moet
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 234
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Le sillage d'un avion est composé de tourbillons intenses. La durée de vie de ces tourbillons dépend des conditions atmosphériques et peut être de l'ordre de plusieurs minutes. Ils peuvent constituer un danger considérable pour un avion pénétrant dans ce sillage et leur action peut se traduire par un fort mouvement de roulis ou descendant. Le but de ce travail est d'étudier les effets des conditions atmosphériques sur le comportement des tourbillons de sillage par la simulation numérique. Dans le champ proche étendu nous avons simulé le phénomène de la fusion instable due au développement de l'instabilité elliptique en étudiant la robustesse de ce phénomène sous l'effet de la turbulence ambiante. L'effet de la turbulence ambiante à également été étudié dans le champ lointain. Ceci a été réalisé en considérant différentes configurations de vortex et une étude paramétrique a identifié les paramètres pertinents qui gouvernent la dégénérescence du sillage due à la turbulence. Ces résultats ont été utilisés pour définir un modèle préliminaire de dégénérescence pour des tourbillons affectés par la turbulence. Une étude de la propagation d'onde dans des tourbillons représentatifs du sillage lointain a montré l'apparition de l'instabilité hélicoïdale et du phénomène de 'vortex bursting'. Pour atteindre ce but, des configurations simples et plus réalistes (correspondant au sillage d'un avion de transport) ont été considérées. D'autres simulations ont été faites pour étudier l'effet de la stratification stable sur les tourbillons de sillage dans le champ lointain [...].
Author:
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ISBN:
Category : Air travel
Languages : en
Pages : 766
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Author: Cora Cremezi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 133
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Ce travail traite de la propagation du son en extérieur dans le cas d'une source en hauteur, et s'applique plus particulièrement au cas d'avions en phase de décollage et d'atterrissage. Pour un récepteur proche du sol, la propagation du son émis par une source en hauteur s'apparente, pour partie, au cas d'une source proche du sol, dès que l'angle d'incidence du son sur le sol devient faible. Les aspects théoriques et expérimentaux des principaux phénomènes, auxquels s'ajoutent quelques éléments de météorologie, sont donc rappelés, comme base de notre étude. Une revue des principaux modèles de propagation permet ensuite de mettre en valeur les avantages des méthodes d'équations paraboliques, et plus particulièrement de la méthode d'équation parabolique rapide (GF-PE). Son développement numérique est précisé, et la comparaison de simulations aux exemples disponibles de la littérature est présentée et donne des résultats convenables. Ces simulations permettent également de préciser la modélisation des phénomènes comme la réfraction, de manière plus adaptée au cas d'étude.La méthode GF-PE est ensuite introduite dans une modélisation simple du mouvement de la source, et une expérimentation permet de valider le modèle complet. Il permet alors de mettre en valeur et de quantifier la dispersion des niveaux sonores résultants au sol, en fonction de la dispersion des conditions météorologiques.
Author: David Luquet
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Category :
Languages : en
Pages : 0
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This thesis deals with the effects of atmospheric turbulence on the propagation of acoustical shock waves. These effects are of major interest for applications such as sonic boom, buzz saw noise or thunder. A numerical one-way method is developed to model and to simulate three-dimensional nonlinear propagation of acoustical shock waves in a moving heterogeneous medium. It relies on a split-step approach that permits to take into account efficiently the different involved physical mechanisms. To tackle realistic 3D problems (of order of one billion of degree of freedom), the implementation of the method is done using the parallel single program multiple data paradigm. Validity of this method is assessed using multiple test cases. The method is applied to investigate the effects of atmospheric turbulence on sonic boom propagation through the Planetary Boundary Layer. Hence, both under-track boom and boom in the shadow zone are studied for a hypersonic configuration developed in the European project ATLLAS II. Finally, the focusing of weak shock waves on a cusped caustic is simulated. It is the first study of the stability of a nonlinear caustic to flow perturbations to our knowledge.
Author: Roberto Sabatini
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Category :
Languages : fr
Pages : 177
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Les infrasons sont des ondes acoustiques de fréquence inférieure à environ 20 Hz qui sont produits par une grande variété de sources naturelles (éruptions volcaniques, séismes, etc.) ou artificielles (explosions chimiques, avions, tirs de mine, etc.). Ils peuvent se propager dans l'atmosphère terrestre jusqu'à de très grandes distances, de quelques centaines à plusieurs milliers de kilomètres, et transportent des informations importantes concernant leur source. Pour cette raison, la mesure des ondes infrasonores représente aujourd'hui une des principales techniques utilisées dans le cadre du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE) pour la détection, la localisation et l'identification de sources. La modélisation de la propagation atmosphérique des infrasons a été classiquement réalisée par des approximations géométriques, comme le tracé de rayons, ou par la résolution d'équations paraboliques. Grâce à un coût de calcul raisonnable, allant de quelques secondes à une heure, ces approches sont largement employées dans le domaine opérationnel. Leur efficience est néanmoins obtenue au détriment de la complexité physique de la propagation atmosphérique. Les avancées récentes de la simulation numérique directe en aéroacoustique rendent cependant envisageable la résolution directe des équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles, permettant ainsi de décrire sans approximation la propagation infrasonore. Dans la présente thèse, trois objectifs principaux ont été poursuivis. En utilisant une méthode de tracé de rayons, une caractérisation des effets non linéaires, visqueux, thermiques et de relaxation sur les ondes infrasonores produites par des sources explosives a été d'abord effectuée. La propagation non linéaire des signaux infrasonores dans l'atmosphère terrestre a été ensuite examinée à l'aide de simulations tridimensionnelles directes des équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles. Des sources de très grande amplitude et de fréquence de l'ordre de 0.1 Hz ont été considérées. Les calculs ont été menés jusqu'à des distances de propagation de plusieurs centaines de kilomètres et jusqu'à des altitudes de l'ordre de 140 km. Une étude détaillée de la diffusion par les petites échelles de l'atmosphère a été effectuée. Une première analyse de la pénétration en zone d'ombre provoquée par des phénomènes de diffraction au niveau des caustiques a été également réalisée. Des cas test bidimensionnels ont été enfin formulés et des solutions de référence ont été déterminées afin de permettre la validation numérique de codes de calcul et l'évaluation des erreurs commises par les approximations usuelles.
Author:
Publisher:
ISBN:
Category : Physics
Languages : en
Pages : 722
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Author: Yves Hugon-Jeannin
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages :
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Book Description
La propagation des ondes acoustiques dans les milieux turbulents est un sujet dont les applications sont nombreuses en acoustique aérienne ou sous-marine. Citons par exemple la limitation du pouvoir de résolution des antennes provoquée par la distorsion progressive des surfaces équiphase, ou les fluctuations de niveau sonore en fonction des conditions météorologiques. La théorie de la propagation des ondes en milieu aléatoire a été développée par un grand nombre d'auteurs suivant une approche de nature statistique. Dans une première étape on écrit une équation dans laquelle l'interaction entre l'onde et le milieu s'exprime à l'aide d'un indice de réfraction aléatoire. La deuxième étape consiste à construire les équations moyennées qui gouvernent les moments successifs du champ transmis. Malheureusement ces équations ne constituent pas un système ferme et il est nécessaire pour les résoudre d'introduire une hypothèse a priori sur la fonction de corrélation des fluctuations d'indice: la corrélation est supposée microscopique selon la direction de propagation. Afin de s'affranchir d'une telle hypothèse, dont la validité est discutable et les conséquences difficiles à prévoir, nous avons développé une approche plus déterministe dans laquelle la prise de moyennes statistiques n'intervient qu'en dernier lieu. Le milieu, dont l'évolution est supposée lente, est représenté par une séquence de réalisations indépendantes d'un champ aléatoire. Chaque réalisation est obtenue par superposition d'un nombre limite de modes de Fourier dont l'amplitude est choisie de façon a obtenir un spectre d'énergie impose. On considère alors la propagation déterministe des ondes acoustiques, dans l'approximation géométrique ou parabolique, à travers chaque réalisation particulière du champ turbulent. On accumule ensuite les résultats sur un ensemble de réalisations afin d'estimer différentes quantités statistiques: temps d'arrivée, probabilité d'apparition de caustiques, écart-type des fluctuations d'intensité... pour l'essentiel nous avons traite le cas d'un milieu bidimensionnel; le dernier chapitre, consacre au cas tridimensionnel, montre que les conclusions qualitatives obtenues restent valables en tridimensionnel, ce qui justifie ainsi notre étude systématique du cas bidimensionnel
