Modélisation et étude expérimentale des sources acoustiques entropiques en combustion turbulente : application au calcul de l'émission sonore d'une flamme turbulente non prémélangée

Modeling and exprimental study of entropic acoustic sources in turbulent combustion: application to the computation of acoustic emission from non premixed turbulent flame

• Auteur / Autrice : Philippe Boineau
• Direction : Yves Gervais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique et dynamique des écoulements instationnaires
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brûleurs à gaz

Calculs numériques

Fonctions de corrélation

Température -- fluctuations -- thèses

Résumé

Cette etude consiste en l'elaboration d'un modele numerique de prediction du bruit de combustion. Le niveau global ainsi que la distribution spectrale de puissance acoustique rayonnee par une flamme turbulente sont definis. Les fluctuations locales de masse volumique sont exprimees a partir d'une combinaison des equations de l'aerothermochimie et de la mecanique des fluides. Suivant une approche similaire a celle employee par lighthill, les termes sources acoustiques du bruit de combustion sont identifies. Le degagement instationnaire de chaleur local constitue la principale origine du bruit emis par une flamme turbulente a faible nombre de mach. Ce degagement calorifique est ecrit en fonction des fluctuations de temperature. A partir d'une approche statistique, une expression du spectre de puissance acoustique est etablie. Elle met en jeu l'amplitude des termes sources sonores et une fonction de coherence spatio-frequentielle rendant compte de l'influence de la structure de la flamme sur son emission acoustique. L'organisation spatio-frequentielle des termes de production acoustique est determinee sur la base d'investigations experimentales. La flamme turbulente etudiee appartient a la classe des flammes jet et verifie l'hypothese de taylor. Les densites spectrales des termes sources sont examinees et un temps caracteristique des fluctuations de temperature est identifie. Par la suite et sur la base des resultats experimentaux obtenus, une expression de la fonction de coherence spatio-frequentielle est proposee. Cette formulation introduit une fonction spatiale qui definit un volume source coherent et une fonction frequentielle permettant de representer la competition entre la turbulence et la combustion. Une etude numerique est ensuite engagee. On estime tout d'abord les grandeurs necessaires au calcul acoustique via un code de calcul integrant un modele de turbulence de type k-epsilon couple a un modele de combustion de type scalaire conserve a densite de probabilite presumee. Les spectres de puissance acoustique numeriques sont alors confrontes aux resultats experimentaux. Les tendances observees dans la pratique sont verifiees par le modele aerothermoacoustique. On montre ainsi que la prediction du bruit de combustion a partir de champs thermodynamiques numeriques est possible