SUR L’ABSORPTION DU NIDA PERFORÉ
5.3. Couplage aéroacoustique à forte intensité sonore 1. Mise en évidence des mécanismes de dissipation
0 2000 4000 6000 8000 10000 0
0 2000 4000 6000 8000 10000 0
Figure 5. 20 - Signaux fluctuants de pression et de vitesse normale moyennées sur la face supérieure du col du résonateur et modules associés obtenus par FFT. DNS 3D, 3 136 Hz, 114 dB, M 0.1.
5.3. Couplage aéroacoustique à forte intensité sonore 5.3.1. Mise en évidence des mécanismes de dissipation
Comme en absence d’écoulement, l’augmentation de niveau sonore déclenche le mécanisme de vortex shedding. Sa périodicité est conservée, les tourbillons étant toujours détachés à la fréquence de l’excitation acoustique, alternativement vers l’intérieur de la cavité et dans le conduit (Figures 5.21 et 5.22). De nombreuses différences sont cependant relevées :
- Au cours de la demi-période pendant laquelle le flux acoustique est dirigé vers l’intérieur de la cavité, le mécanisme de vortex shedding est assez proche de celui observé sans écoulement. On note cependant une rupture d’axisymétrie : la forme annulaire des tourbillons est altérée et leur direction d’expulsion n’est plus orientée le long de l’axe du résonateur mais vers l’amont de la cavité. Ce comportement, déjà
pressenti à 114 dB pour le cas à 1 592 Hz, est le fruit du couplage entre le processus de lâché tourbillonnaire et l’écoulement de recirculation de très faible vitesse qui s’est développé dans la cavité suite à l’excitation aérodynamique.
- Au cours de la demi-période suivante, les tourbillons sont expulsés dans le conduit et immédiatement convectés vers l’aval par l’écoulement. Le phénomène est d’autant plus visible que le mécanisme de vortex shedding est violent, c’est-à-dire près de la
Figure 5. 21 - Champ de vorticité fluctuante sur une période acoustique.
DNS 3D, 3 136 Hz, 136.5 dB, M 0.1.
Figure 5. 22 - Champ de vorticité fluctuante sur une période acoustique.
DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1.
Chapitre 5 – Simulation numérique des effets du couplage écoulement / acoustique sur l’absorption du NIDA perforé
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5.3.2. Effet de l’écoulement sur les propriétés acoustiques du résonateur : évaluation globale
L’évaluation globale de l’impédance réduite du résonateur est faite suivant la même démarche qu’à faible SPL. Les résultats obtenus sont donnés par le Tableau 5.4 : ils témoignent d’une augmentation modérée de la résistance, la réactance semblant peu affectée par l’ajout de l’écoulement.
3 136 Hz, 136.5 dB
sans écoulement avec écoulement
Re (zréso) 1.06 × 10-2 1.17 × 10-2
Im (zréso) 6.06 × 10-2 5.51 × 10-2
1 592 Hz, 140.5 dB
sans écoulement avec écoulement
Re (zréso) 2.57 × 10-2 2.75 × 10-2
Im (zréso) - 0.71 × 10-2 0.13 × 10-2
Tableau 5. 4 - Impédances réduites avec et sans écoulement.
Les coefficients d’absorption et facteurs d’atténuation acoustique sont également calculés (Tableau 5.5). Pour les deux fréquences étudiées, l’effet de l’écoulement est en accord avec les phénomènes constatés à faible SPL : la proportion d’énergie transmise augmente (de 81%
à 87% à 3 136 Hz ; de 55% à 63% à 1 592 Hz) tandis que la proportion d’énergie réfléchie reste quasi-constante (environ 3% à 3 136 Hz ; environ 7% à 1 592 Hz), ce qui engendre donc une baisse de α et TL.
3 136 Hz, 136.5 dB
sans écoulement avec écoulement
α 0.16 0.10
TL (dB) 0.9 0.6
1 592 Hz, 140.5 dB
sans écoulement avec écoulement
α 0.38 0.29
TL (dB) 2.6 2.0
Tableau 5. 5 - Coefficients d’absorption et facteurs d’atténuation acoustique avec et sans écoulement.
La validité des approches globales est, une fois encore, vérifiée : comme l’illustrent les Figures 5.23 et 5.24, les spectres de Fourier des signaux fluctuants de pression et de vitesse rasante en entrée et sortie de conduit restent centrés sur la fréquence de l’excitation acoustique incidente, même à fort niveau sonore.
p, Pa~ ux, m s-1~
Figure 5. 23 - Signaux temporels de pression et vitesse fluctuantes en entrée et en sortie de conduit.
DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1.
Pi, Pa~ Uxi, m s-1~
Ptr, Pa~ Uxtr, m s-1~
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
Figure 5. 24 - Modules des signaux fluctuants incidents et transmis obtenus par FFT.
DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1. négligeables pour la deuxième et la troisième harmonique (Figure 5.26). Près du bord amont du col, la contribution de la composante à 2f au signal de pression est même plus importante que celle à la fréquence d’excitation. Cette altération des spectres est globalement moins importante pour la vitesse que pour la pression, ce qui était déjà le cas à faible niveau sonore.
La définition d’admittances locales, point par point dans le col, n’est donc pas validée car non représentative des phénomènes acoustiques. La Figure 5.27 montre que les profils qui seraient obtenus sont de toute façon assez chaotiques.
Chapitre 5 – Simulation numérique des effets du couplage écoulement / acoustique sur l’absorption du NIDA perforé
Figure 5. 25 - Évolution temporelle sur une période acoustique des champs fluctuants de pression et de vitesse normale sur la face supérieure du col. DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1.
~~ ~~
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
Figure 5. 26 - Évolutions temporelles et spectres de Fourier des pressions et vitesses normales fluctuantes sur la face supérieure du col, en x1 = xcol - 0.38 mm ; x10 = xcol ; x19 = xcol + 0.38 mm.
DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1.
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -50
-25 0 25 50 75 100
y réso
Re (y
réso) Im (y
réso)
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-20 -10 0 10 20
x/r y réso
Re (y
réso) Im (y
réso)
Figure 5. 27 - Profils d’admittances réduites à 1 592 Hz, 140.5 dB (haut) et 3 136 Hz, 136.5 dB (bas).
DNS 3D, M 0.1.
Comme à faible SPL, c’est donc l’approche reposant sur l’étude des pressions et vitesses normales fluctuantes spatialement moyennées qui est retenue. Les signaux temporels ainsi obtenus ont des spectres de Fourier marqués par une prédominance de la fréquence d’excitation, certes moins nette qu’à 114 dB (Figures 5.28 et 5.29). Les non-linéarités sur la pression fluctuante à 1 592 Hz sont toutefois moins négligeables que pour les autres signaux.
Les impédances réduites moyennes obtenues sont données par le Tableau 5.6. L’augmentation de la résistance du résonateur suite à l’ajout de l’écoulement est confirmée, dans des proportions comparables à celles relevées à faible intensité sonore : hausse de près d’un facteur 2 à 3 136 Hz et d’un facteur 1.5 à 1 592 Hz. L’évolution observée pour la réactance est également similaire, une légère baisse étant constatée, pour les deux fréquences d’étude.
3 136 Hz, 136.5 dB
sans écoulement avec écoulement Re (zréso) 1.14 × 10-2 2.11 × 10-2
Im (zréso) 6.94 × 10-2 5.59 × 10-2
1 592 Hz, 140.5 dB
sans écoulement avec écoulement
Re (zréso) 2.38 × 10-2 3.24 × 10-2
Im (zréso) 0.06 × 10-2 - 1.06 × 10-2
Tableau 5. 6 - Impédances réduites avec et sans écoulement calculées à partir des pressions et vitesses moyennes dans le col.
Comme à faible SPL, les résultats obtenus par l’approche locale sont en accord avec ceux de l’approche globale mais mettent en évidence un effet plus important de l’écoulement sur les propriétés acoustiques du résonateur.
Chapitre 5 – Simulation numérique des effets du couplage écoulement / acoustique sur l’absorption du NIDA perforé
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
Figure 5. 28 - Signaux fluctuants de pression et de vitesse normale moyennées sur la face supérieure du col du résonateur et modules associés obtenus par FFT. DNS 3D, 1 592 Hz, 140.5 dB, M 0.1.
~~ ~~
0 2000 4000 6000 8000 10000 0
0 2000 4000 6000 8000 10000 0
Figure 5. 29 - Signaux fluctuants de pression et de vitesse normale moyennées sur la face supérieure du col du résonateur et modules associés obtenus par FFT. DNS 3D, 3 136 Hz, 136.5 dB, M 0.1.