Modélisation asymptotique de la réponse acoustique de plaques perforées dans un cadre linéaire avec étude des effets visqueux

Asymptotic modeling of the acoustic response of perforated plates in a linear case with a study of viscous effects

• Auteur / Autrice : Vincent Popie
• Direction : Sébastien Tordeux, Estelle Piot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 14/01/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique (DMAE)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Eric Bonnetier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Bruel, Jean-Paul Vila
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Houssem Haddar, Pierre-Yves Lagrée

Mots clés

Mots clés contrôlés

Homogénéisation (équations différentielles)

Impédance acoustique

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Impédance acoustique

Modélisation asymptotique

Plaques perforées

Simulation numérique directe

Homogénéisation

Acoustic impedance

Asymptotic modeling

Perforated plates

Direct numerical simulation

Homogenization

Résumé

Cette étude s’inscrit dans les efforts faits par l’industrie aéronautique pour la protection environnementale.Pour cela, un des objectifs principaux est de réduire les émissions de polluants et les émissions sonores des aéronefs. Les émissions polluantes sont liées à la qualité de la combustion qui dépend elle même de la conception des chambres de combustion. Les émissions sonores sont réduites grâce à des traitements passifs comme les structures absorbantes placées en paroi des moteurs pour diminuer le bruit de soufflante. Pour ces deux applications différentes, on utilise des matériaux perforés. En effet, les matériaux absorbants sont constitués d’une structure en nid d’abeilles surmontée d’une plaque perforée. Dans les chambres de combustion, les perforations permettent l’injection d’un air froid protégeant les parois des hautes températures, mais leur présence peut modifier la caractérisation acoustique de la chambre. L’objectif de cette thèse est de modéliser la réponse acoustique d’un matériau perforé. La taille des perforations étant petite devant les longueurs d’ondes sonores, des techniques de modélisation asymptotique adaptées à la résolution de problèmes multi-échelle peuvent être mises en œuvre. En effet, ces méthodes permettent de faire le lien entre les effets présents à l’intérieur d’une perforation et la réponse acoustique homogénéisée de la plaque perforée. Dans ces travaux,ce sont les effets visqueux présents dans les perforations qui ont été essentiellement étudiés. Ensuite,des simulations numériques directes ont été réalisées pour vérifier la validité des hypothèses émises lors de la modélisation asymptotique. Ces travaux de thèse ont permis d’améliorer la compréhension de la modélisation de la réponse acoustique des matériaux perforés. De plus, la méthode analytique présentée peut être mise en œuvre pour des perforations de géométrie complexe.

This study is part of the effort made by the aeronautic industry to protect the environment. Thus,one of the main objectives is to reduce aircraft polluting emissions and sound emissions. The pollutinge missions are linked to the combustion quality which depends on the combustion chamber’s design.Noise pollution is reduced thanks to passive treatments such as absorbing structures placed on engine walls. For both applications, perforated plates are used. Indeed, absorbing materials are composed of honey comb structures topped by a perforated plate. In combustion chambers, cold air is injected through perforations to protect the walls from high temperatures, but the perforations can modify the chamber’s acoustic behavior. The objective of this thesis is to model the acoustic response of aperforated material. The perforation size is smaller than the sound wave length, therefore asymptotic modeling techniques adapted to resolving multiscale problems can be implemented. Indeed, thesemethods allow to link the effects inside the perforation with the homogenized acoustic response of theperforated plate. In this study, the viscous effects inside the perforation have been analysed. Moreover,direct numerical simulations have been performed to verify the asymptotic modeling hypotheses. The findings of this thesis allow to understand the acoustic modeling of perforated materials. Furthermore,the developed analytical method can be implemented for perforations with complex shape.