Wavepackets as sound-source mechanisms in subsonic jets / André Valdetaro Gomes Cavalieri ; sous la direction de Yves Gervais et de Peter Jordan

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Aéroacoustique

Vélocimétrie par images de particules

Jets -- Bruit

Bruit aérodynamique

Classification Dewey : 534

Gervais, Yves (19..-.... ; acousticien) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Jordan, Peter (physicien) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Sandham, N. D. (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Juvé, Daniel (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Colonius, Tim (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Delville, Joël (1955-....) (Membre du jury / opponent)

Borée, Jacques (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Soviero, Paulo A. O. (Membre du jury / opponent)

Université de Poitiers (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences et Ingénierie des Matériaux, Mécanique, Energétique et Aéronautique (Poitiers ; 2009-2018) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : 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 rayonnementd'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.

Résumé / Abstract : 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 investigatedexperimentally, 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.