Investigations expérimentales de la dynamique tourbillonnaire générée et du champ acoustique rayonné par un jet plan impactant une plaque fendue chauffée - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Experimental investigations of the generated vortex dynamics and the radiated acoustic field by a plane impinging jet a heated slot plate

Investigations expérimentales de la dynamique tourbillonnaire générée et du champ acoustique rayonné par un jet plan impactant une plaque fendue chauffée

Résumé

The work carried out within the framework of this thesis concerns the interactions which exist between the vortex dynamics, generated by an isothermal jet impinging on a heated slotted plate, and the acoustic fields radiated by this flow. In fact, impinging jets on slotted plates or meshes are found the terminal parts of ventilation and air treatment systems found in the residential enclosures. They are incorporated to improve mixing and avoid the feeling of air discomfort. But in certain blowing and confinement configurations, these impinging jets become sources of noise pollution, with the installation of self-sustaining sound loops that they generate. These self-sustaining sounds occur when the flow interacts with an obstacle with slots placed in its path. Thus, an acoustic wave is generated in the area where the vortex structures of the jet hit the slotted plate, propagate upstream and produce a modulation of the shear layer near the exit of the jet and an amplification of the instabilities. This feedback loop optimizes the energy transfer from the aerodynamic field to the acoustic field and creates an aero acoustic noise source that can cause high sound levels. To carry out this study, we relied on an experimental device capable of simulating the different flow configurations to be analyzed. We also used a specific metrology capable of controlling and synchronizing the heating of the plate, the acoustic measurements, and the particle image acquisitions, to access the instantaneous kinematic fields by a full-field velocimetry technique resolved in time and in space. Thus, maps of the most energetic sound levels and frequencies as a function of impact ratio and Reynolds number were established. Analysis of these curves reveals configurations where the noise generated has a spectrum of lines, of high intensities, testifying the existence of an organized flow. For these configurations, an examination of the influence of the temperature of the plate, struck by the jet, on the kinematic, dynamic and acoustic quantities of the flow was carried out. And marked trends were noted.
Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse concernent les interactions qui existent entre la dynamique tourbillonnaire, générée par un jet isotherme impactant une plaque fendue chauffée, et les champs acoustiques rayonnés par cet écoulement. En effet, nous retrouvons les jets heurtant une grille ou une plaque fendue dans les dispositifs terminaux qui équipent les systèmes de traitement et de renouvellement d’air dans les enceintes habitables. Ils ont été intégrés pour améliorer le mélange et éviter les sensations de courants d’air. Mais dans certaines configurations de soufflage et de confinement ces jets impactants deviennent sources de nuisances sonores, avec l’installation de boucles de sons auto-entretenus qu’ils génèrent. Ces sons auto-entretenus se produisent lorsque l’écoulement interagit avec un obstacle muni de fentes placé sur sa trajectoire. Ainsi, une onde acoustique est générée dans la zone où les structures tourbillonnaires du jet heurtent la plaque fendue, se propage vers l’amont et produit une modulation de la couche de cisaillement près de la sortie du jet et une amplification des instabilités. Cette boucle de rétroaction optimise le transfert d’énergie du champ aérodynamique vers le champ acoustique et crée une source de bruit aéro-acoustique qui peut atteindre des niveaux sonores élevés. Pour mener cette étude, nous nous sommes basés sur un dispositif expérimental capable de simuler les différentes configurations d’écoulements prospectées. Nous avons également utilisé une métrologie spécifique capable de contrôler et de synchroniser le chauffage de la plaque, les mesures acoustiques, et les acquisitions d’images de particules, pour accéder aux champs cinématiques instantanés par une technique de vélocimétrie de plein champ résolue en temps et dans l’espace. Ainsi, des cartes des niveaux acoustiques et des fréquences les plus énergétiques en fonction du rapport d’impact et du nombre de Reynolds ont été établies. L’analyse de ces courbes fait apparaitre des configurations où le bruit généré a un spectre de raies, de fortes intensités, témoignant d’un écoulement organisé. Pour ces configurations, un examen de l’influence de la température de la plaque, heurtée par le jet, sur les grandeurs cinématiques, dynamiques et acoustiques de l’écoulement a été réalisé. Et des tendances marquées ont été relevées.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03663963 , version 1 (10-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03663963 , version 1

Citer

Tarek Mrach. Investigations expérimentales de la dynamique tourbillonnaire générée et du champ acoustique rayonné par un jet plan impactant une plaque fendue chauffée. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de La Rochelle, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LAROS018⟩. ⟨tel-03663963⟩
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