Écoulements induits en guide d'onde acoustique fort niveau

Induced flows in acoustic waveguide high level

• Auteur / Autrice : Ida Reyt
• Direction : Jean-Christophe Valière, Hélène Bailliet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides - Acoustique
• Date : Soutenance le 20/11/2012
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Foucault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Valière, Hélène Bailliet, Luc Mongeau, Diana Baltean-Carles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierrick Lotton, Anthony Amstrong Atchley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Vélocimétrie laser Doppler

Son -- Propagation

Mots clés libres

Guide d'onde acoustique

Vélocimétrie laser Doppler

Vélocimétrie par images de particules

Écoulements redressés

Acoustic waveguide

Laser Doppler velocimetry

Particle image velocimetry

Acoustic streaming

Résumé

La propagation d'une onde acoustique en guide est associée, pour de forts niveaux, à un certain nombre de phénomènes de l'acoustique non linéaire. Parmi ces phénomènes, les écoulements redressés (ou vent acoustique), l'effet d'une discontinuité et la transition à la turbulence, à l'étude dans ce mémoire, sont associés à la génération d'écoulements induits. L'étude expérimentale de ces phénomènes repose sur l'adaptation des méthodes de vélocimétrie Laser : Vélocimétrie Laser par effet Doppler (VLD) et Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) à la mesure des différents écoulements. Ainsi, des mesures PIV en sortie de convergent, viennent compléter des mesures VLD réalisées antérieurement. Dans l'espoir de mieux appréhender les spécificités de la transition à la turbulence en guide d'onde acoustique, l'évolution de la couche limite de Stokes est étudiée pour des amplitudes de vitesse acoustique croissantes. Une étude expérimentale des écoulements redressés dans un guide d'onde à section carrée est proposée et les spécificités liées à cette géométrie sont recherchées. En outre, l'évolution des tourbillons du vent acoustique en guide d'onde cylindrique est analysée lorsque le vent devient rapide et certains facteurs pouvant être à l'origine de cette évolution sont modifiés. La répartition harmonique dans le guide est ainsi modifiée, puis l'influence des conditions thermiques est abordée en couplant les mesures de vitesses à des mesures de température moyenne dans le guide et en paroi. Une comparaison avec des résultats issus de simulations numériques permet de conforter l'évolution des écoulements redressés observée.

High amplitude acoustic propagation in a guide is associated with several non linear phenomena including acoustic streaming, discontinuity effects and transition to turbulence. Those phenomena are studied in this work and are all associated with acoustically induced flows. The present experimental study therefore is based on velocimetry laser techniques: Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV), wich are fitted to the measurement of the different flow velocity components. Firstly, PIV measurements at the exit of a convergent enable to complement previous LDV measurements. Then, in order to a better understanding of the specificity of transition to turbulence in acoustics, the evolution of the Stokes boundary layer is studied for increasing acoustic velocity amplitudes. Then an experimental study of acoustic streaming in a square channel is reported, and the influence of the geometry is examined. Moreover, the evolution of acoustic streaming vortices in a cylindrical waveguide is analyzed for fast streaming and some parameters that could control such evolution are modified. The harmonicdistribution inside the guide is changed and then the influence of thermal conditions is studied by coupling velocity measurements and mean temperature measurements inside the waveguide and along the wall. Some comparisons between measured streaming velocities and numerical simulation results are presented.