THÈSE - Simulation du bruit d’écoulements anisothermes par méthodes hybrides pour de faibles nombres de Mach

Informations

• Publié par: cyrilnana
• Publié le: 31 octobre 2012
• Nombre de lectures: 62
• Licence : En savoir +
  Paternité
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

THÈSE
pour l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE POITIERS
ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’INGÉNIEURS DE POITIERS
( Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006)
École doctorale : Sciences et Ingénierie en Matériaux, Mécanique, Énergétique et
Aéronautique
Secteur de recherche : Mécanique des Milieux Fluides - Acoustique
Présentée par
Cyril NANA
Simulation du bruit d’écoulements
anisothermes par méthodes hybrides pour
de faibles nombres de Mach
Directeur de thèse : Dr. Christian PRAX
Co-directeur de thèse : Dr. David MARX
Soutenue le 20 septembre 2012
devant la Comission d’Examen
JURY
Christophe BAILLY (rapporteur) Professeur École Centrale de Lyon, LMFA
Franck NICOUD Université de Montpellier II, I3M
Éric LAMBALLAIS Professeur Université de Poitiers, Institut PPRIME
Christian TENAUD Directeur de Recherche CNRS, LIMSI Orsay
Véronique FORTUNÉ Maître de Conférences ENSIP, Institut PPRIME
Florent MARGNAT Maître de ENSAM, DynFluid
David MARX Chargé de Recherche CNRS, Institut PPRIME
Christian PRAX Maître de Conférences ENSIP, InstitutRésumé
Cette étude porte sur le calcul numérique du champ acoustique rayonné par des écou-
lements subsoniques turbulents présentant des inhomogénéités de température. Des mé-
thodes hybrides sont développées grâce à un développement de Janzen-Rayleigh des
équations de Navier-Stokes. L’écoulement est résolu par un calcul quasi incompres-
sible puis les perturbations acoustiques sont propagées selon deux méthodes : les équa-
tions d’Euler linéarisées (EEL) et l’approximation à faible nombre de Mach perturbée
(PLMNA). Les méthodes sont validées sur des cas simples puis appliquées à une couche
de mélange isotherme et anisotherme en développement spatial.
Mots clés : Aéroacoustique numérique - méthodes hybrides - équations d’Euler linéari-
sées - faible nombre de Mach - écoulements anisothermes - termes sources acoustiques -
couche de mélange
Abstract
Noise computation of non isothermal flows by hybrid methods for low Mach num-
bers
This study focuses on the numerical calculation of the acoustic field radiated by sub-
sonic turbulent flows with temperature inhomogeneities. Hybrid methods are developed
through a Rayleigh-Janzen expansion of the Navier-Stokes equations. The flow is sol-
ved in a quasi-incompressible way then the acoustic disturbances are propagated by two
methods : the linearized Euler’s equations (EEL) and the perturbed low Mach number
approximation (PLMNA). The methods are validated on simple cases and then applied to
an isothermal and non isothermal spatially evolving mixing layer.
Key words : Computational aeroacoustics - hybrid methods - linearized Euler’s equations
- low Mach number - non isothermal flows - acoustic source terms - mixing layerRemerciements
Mes premières pensées vont à toutes celles et à tous ceux qui prêteront attention à ce travail
de thèse et ne s’arrêteront pas à ces quelques lignes de remerciements, notamment le ou les
thésards qui en prendront la suite (si suite il y a !) .
Je tiens à remercier ensuite le Pr. Bailly et le Pr. Nicoud d’avoir accepté de corriger ce
manuscrit.
Je remercie par là même l’ensemble des membres qui composent le jury.
Je le Dr. Christian Prax et le Dr. David Marx de m’avoir encadré tout au long de
ces presque quatre années. Vous m’avez permis de m’épanouir dans ce monde « obscur » des
sciences numériques, si je puis le dire ainsi. Je tiens notamment à souligner le temps passé avec
David, les nombreuses questions auxquelles il a dû répondre et toute la rigueur qu’il a exigée.
J’exprime toute ma gratitude envers le Pr. Yves Gervais pour m’avoir accueilli au sein de feu
le Laboratoire d’Études Aérodynamiques et pour tous les moments informels qui contribuent à
une saine et chaleureuse ambiance.
Merci au Dr. Véronique Fortuné que j’ai souvent également assaillie de questions et pour
sa contribution essentielle pour tous les calculs de vérification DNS. Je remercie également le
professeur Éric Lamballais pour ses judicieux conseils.
Merci au Pr. Laurent-Emmanuel Brizzi pour les cafés, discussions, badminton. . .
Plus généralement, je remercie tous les personnels du bâtiment B17 avec une mention spé-
ciale à Jean-Christophe Vergez que j’ai fréquemment embêté pour des questions informatiques
et pour tout ce qu’il fait par ailleurs. . .
Je remercie la région Poitou-Charentes d’avoir financé ce travail et l’IDRIS pour la mise à
disposition du serveur de calcul Brodie. Je remercie l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs
de Poitiers ENSIP de m’avoir donné la possibilité d’enseigner pendant trois ans en tant que
moniteur. Je suis aussi très reconnaissant à l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Es-
pace, École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aéronautique ISAE-ENSMA de m’avoir
permis d’effectuer cette dernière année en tant qu’Attaché Temporaire à l’Enseignement et à la
Recherche.
Vient à présent le moment de remercier tous ceux qui ont été là, physiquement ou en pensées.
Qu’ils aient été présents pour des échanges scientifiques ou tout simplement pour se changer les
idées, sortir, voir le monde et la « vraie vie ». J’ai longtemps hésité sur la formule à adopter : citer
tout le monde au risque d’écrire un annuaire ou faire une formule globale très impersonnelle.
Finalement, que ceux ne souhaitant pas se noyer sous une liste interminable de noms s’arrêtent
ici. Bonne lecture.Pour les autres, vous aurez été prévenus ! Merci à mes camarades chercheurs, post-doc,
docteurs, thésards ou stagiaires du LEA (à peu près par ordre d’apparition) : Maud, Marie,
Sébastien, Aminou, Solenn, Xavier, Stéphane, Thomas, André, David, Mathieu, Ida, Jeoffrey,
Rémi, Thibault, Ifanila, Thomas, Florian, Damien, Cyrille, Guillaume, Vincent, Luis, Rémy,
Maxime, Sébastien, Peter, Antoine, les « footeux » du SP2MI et ceux que j’oublie.
Merci à mes camarades moniteurs : Guillaume, Alice, Julie, Évan, Maëlle, Matthieu, Clé-
mence et les 31 autres. . .
Merci à mes camarades de la « moumoute mancelle » : Marco, Pyo, Riton, Max, Oliv’, Tom,
JB, Contre et toute la promo acoustique 2008. . .
Merci à mes amis montoirins, nazairiens, nantais pour les « sas » de décompression briérons
et ligériens : Julien, Cathy, Séverine, Julie, Adrien, Vince, Allison, Céline, Jim, Héloïse, Dany,
Yohan, Amélie, Gilles, Philippe, Walter, Quentin, Typhaine, Antoine, Mathilde, Sylvain, Éric. . .
Merci aux paléontologues, psychologues, littéraires et tous ceux que je ne sais classer : Au-
rélie, Thibault, Pauline, Antoine, Sohee, Dimitri, Alexis, Golpar, Kévin, Mélanie, Jean-Pierre,
Isabelle, le Cluricaume et sa faune sauvage. . .
Merci à tous ceux qui ont parcouru un bout de chemin en ma compagnie et qui ont influencé
de près ou de loin mes choix.
Merci à France, Marie, Émile, Roger, Nathalie.
Merci à Camille d’avoir été présente à chaque instant et d’avoir supporté mes absences
(physiques et mentales) et mes humeurs.
Enfin, merci aux premiers, mes parents, de m’avoir donné le goût de l’effort et du travail.
Merci à mon père de m’avoir poussé à donner le meilleur de moi-même en toute circonstance.
Merci à ma mère d’avoir empli mon inconscient d’un tas de petites devises qui surgissent au
moment opportun (« Quand on fait quelque chose, on le fait bien ou on ne le fait pas ! »). Je
vous remercie, vous, tout comme Tatiana, Élodie, Moumini, Enzo, Jade, Dylan et Évan de ne
pas m’en vouloir pour cette dernière année de travail intensif et de rédaction loin de vous.Ce qui s’apprend sans peine ne vaut rien et ne demeure pas. Tu dois devenir ce que tu as l’ambition
d’être en faisant transpirer ton corps et ton esprit.
René Barjavel, L’Enchanteur (1984)Table des matières
Table des matières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
Table des figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX
Liste des tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
1 Introduction 1
1.1 L’aéroacoustique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 L’analogie de Lighthill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
L’équation de propagation . . . . . . . . . . . . . . . .