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Sifflement de diaphragmes en conduit
soumis à un écoulement subsonique
turbulent
Doctorant :
Romain Lacombe (LaMSID, LAUM)
Directeur de thèse : Yves Aurégan (LAUM)
Encadrant :
Pierre Moussou (EDF R&D, Dpt AMA)
16 Mars 2011
Contexte
Mesure et régulation du débit par
l’intermédiaire de vannes et de diaphragmes
Organes causes de sifflements
Nuisance sonore (Bruit au travail, voisinage)
Fatigue vibratoire (Sécurité des installations)
2 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Contexte
M P a /racin e(H z)
Exemple de sifflement de diaphragmes
ASG CPY sur TRI4
10
1MP_Tresca [Mpa/racine(Hz)]_01PO_40m3/h
1MP_Tresca [Mpa/racine(Hz)]_02PO_40m3/h
1MP_Tresca [Mpa/racine(Hz)]_03PO_60m3/h
1MP_Tresca [Mpa/racine(Hz)]_03PO_98m3/h
1
0.1
0.01
freq (Hz)
0
1 00
2 00
3 00
4 00
5 00
6 00
7 00
8 00
9 00
10 00
11 00
12 00
13 00
14 00
15 00
16 00
17 00
18 00
19 00
20 00
21 00
22 00
23 00
24 00
25 00
26 00
27 00
28 00
29 00
30 00
31 00
32 00
33 00
34 00
35 00
36 00
37 00
38 00
39 00
40 00
41 00
0.001
3 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Description de l’écoulement
Écoulement subsonique
Nombre de Mach dans le conduit principal M = U0/c inférieur voire très inférieur à un
c célérité du son dans le fluide au repos
Écoulement turbulent
Nombre de Reynolds dans le conduit principal Re = U0D/ν supérieur à 104
ν viscosité cinématique du fluide
Écoulement d’air
U0
SD
Écoulement établi amont
Sd U j
Sj
Jet contracté
Couche de cisaillement
instable
4 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
U0
Zone de mélange turbulent
Écoulement établi aval
Instabilité hydrodynamique et amplification acoustique
Création d’un jet contracté
Vena contracta
Zone à fort gradient de vitesse
Instabilité hydrodynamique le long de la couche de cisaillement
Échange d’énergie entre le champ acoustique et l’écoulement décollé
Production de puissance acoustique à certaines gammes de fréquences et pour
certaines conditions de phase
5 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Rétroaction et physique du sifflement
Diaphragme
Réflexions acoustiques
Champ acoustique résonant
Oscillations auto-entretenues créées par la combinaison de l’amplification
acoustique et des réflexions environnantes
Sifflement stabilisé par des effets de saturation non linéaire
6 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
État de l’art
Deux études majeures sur le sifflement de diaphragmes
Anderson années 50
Diaphragme en champ libre
Évolution de la fréquence de sifflement avec la vitesse d’écoulement
Testud 2006
Validation expérimentale d’un critère de sifflement caractérisant les fréquences de
sifflement potentiel (production de puissance acoustique)
Définition d’une fréquence adimensionnelle St = fe/Ud, e épaisseur du diaphragme, Ud
vitesse équivalente dans l’orifice de diamètre d
Diaphragmes fins à bord droit potentiellement sifflant pour 0,2 < St < 0,4 et 0,7 < St < 0,9
Condition nécessaire mais pas suffisante au sifflement
Première étude numérique sur le sifflement de diaphragme, Kierkegaard 2010
(limitée aux cas linéaires)
Peu de données sur les paramètres influant la fréquence et l’amplitude du
sifflement stabilisé
7 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Objectifs de la thèse
Caractériser le potentiel de sifflement de diaphragmes à l’aide de simulations
numériques
Étudier le sifflement en condition résonante à l’aide d’expériences
8 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
9 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
10 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Simulation numérique du potentiel de sifflement
Introduction
Condition nécessaire à la caractérisation du sifflement d’un diaphragme
Résoudre fidèlement le décollement de l’écoulement au coin amont de l’orifice, les
échanges entre le champ acoustique et l’écoulement étant localisés dans cette zone
Approche par simulations des grandes échelles pour un fluide compressible
Équations de Navier-Stokes filtrées. Résolution des grandes structures de la turbulence
et modélisation des petites (LES)
Pas de restriction sur le nombre de Mach ou les dimensions du diaphragme
Représentation simplifiée, par une approche statistique de la turbulence pour un
fluide incompressible axisymétrique
Équations de Navier-Stokes moyennées incompressibles (URANS)
Application aux cas localement incompressibles
Nombre de Mach très petit devant un
Dimensions du diaphragme très petites devant la longueur d’onde
Hypothèse axisymétrique inspirée par l’expérience
11 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
12 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Données de validation
Cas étudiés pour la validation (essais réalisés au LAUM)
e/d = 0,33 et d/D = 0,5, avec D = 0,03 m
Deux conditions d’écoulement étudiées
U0 = 9 m/s, M = 0,026 et Re = 17000
U0 = 12 m/s, M = 0,035 et Re = 23000
d
D
Mesure de la matrice de diffusion pour chaque cas (représentation globale) et
détermination du potentiel de sifflement
U0
p1+
p1−
13 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
p2+
p2−
 p2+   T +
 −= +
 p  R
 1 
R −  p1+ 
 
−  − 
T  p2 
e
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Approche LES compressible
Identification de la matrice de diffusion
W. Polifke et al. TUMünchen
14 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Conclusions
oo
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Outil numérique et maillage
Outil AVBP (CERFACS)
Méthode des volumes finis sur des maillages non-structurés
Schéma de Lax-Wendroff d’ordre deux en espace et en temps
Petites échelles modélisées par le modèle sous-maille Wall Attached Layer Eddy
Géométrie 3D
Grille de calcul
Cas
U0 = 9 m/s
U0 = 12 m/s
Longueur amont
5D
5D
Longueur aval
12D
8D
Nombre de cellules
≈ 5,3.106
5,5.106
Plus petit ∆r, ∆z (m)
4,2.10-5 (r+ = 4,5)
4,3.10-5 (r+ = 6)
Plus grand ∆r, ∆z (m)
9,1.10-4
2,7.10-4
Pas de temps
∆t = 8.10-8 s
CFL = 0,7
15 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Configuration de la simulation
Profil d’écoulement turbulent moyen en entrée du domaine
Signaux d’excitation large bande
Amplitude de l’ordre de 1,5% de la vitesse d’écoulement moyen
Réponse linéaire du diaphragme
Plage de fréquence des signaux de 100 à 5000 Hz
Signaux amont et aval statistiquement indépendants
Conditions d’entrée et de sortie acoustiquement non réfléchissantes
Conserver la propriété d’indépendance statistique des signaux
Durée de la simulation 0,2 s
16 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Approche LES compressible
Visualisation d’écoulement
Ori_03015v9_axvel_fG_zoom_xvid.avi
17 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Conclusions
oo
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Résultats
1.4
1
Expériences
1.2
0.6
|R |
1
-
0.8
0.4
0.6
0.2
0.4
1
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
0
5000
1000
1.4
Expériences
0.8 Simulations
4000
5000
Simulations
1
|T |
0.6
2000
3000
f (Hz)
Expériences
1.2
-
+
|R |
Expériences
0.8 Simulations
Simulations
+
|T |
Valeur absolue des coefficients de la matrice de diffusion
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s
0.4
0.8
0.2
0.6
0
1000
2000
3000
18 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
f (Hz)
4000
5000
0.4
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Résultats
0.5
Phase des coefficients de la matrice de diffusion
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s
3
Expériences
Simulations
Expériences
2 Simulations
ΦR -
ΦT+
0
1
-0.5
0
-1
1000
3
4000
1000
0.5
Simulations
Φ T-
0
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Expériences
Simulations
0
1
-1
-1
5000
Expériences
2
ΦR +
2000
3000
f (Hz)
-0.5
-1
1000
2000
3000
19 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
f (Hz)
4000
5000
-1.5
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Résultats
Critère de sifflement
Deux valeurs ξmin et ξmax délimitent la puissance acoustique dissipée par le diaphragme
Sifflement potentiel si ξmin < 0
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s (gauche) et U0 = 12 m/s (droite)
1
1
0.5
0
ξmin, ξmax
ξmin, ξmax
0
-0.5
-1
-1
-2
Expériences
-1.5
Simulations
Expériences
-3
Simulations
-2
-2.5
0.1
0.2
0.3
0.4
St
20 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.5
0.6
-4
0.1
0.2
0.3
St
0.4
0.5
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche LES compressible
Discussion
Très bon accord entre résultats expérimentaux et numériques
Estimation du potentiel de sifflement
Définition des coefficients de la matrice de diffusion
Domaine d’application
Pas de restriction en nombre de Mach ou en dimension du diaphragme
Utilisation d’un outil utilisant des schémas numériques d’ordre élevé, Code_Safari
(EDF)
Prédiction d’une bande de sifflement potentiel, mais présence d’oscillations parasites
Difficultés rencontrées lors de l’étape de réalisation du maillage. Discrétisation spatiale
insuffisante autour du coin amont de l’orifice
Nécessiter de discrétiser finement autour de l’orifice, le profil d’écoulement contrôlant le
phénomène d’amplification acoustique
21 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
22 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Introduction et données de validation
Représentation localement incompressible du fluide au niveau de l’orifice
Faible nombre de Mach, M << 1
Dimensions du diaphragme très petites devant les longueurs d’onde acoustique
Représentation axisymétrique de l’écoulement
Pas d’effets tridimensionnels
Données de validation identiques à celles utilisées pour l’approche LES
Passage d’une représentation en matrice de diffusion à une représentation en
impédance
Passage possible sous l’hypothèse d’un fluide localement incompressible
T+ = T- = 1-R+ = 1-R-
 p2+   T +
 −= +
 p  R
 1 
R −  p1+ 
 
−  − 
T  p2 
p 'i = pi+ + pi−
p '1 − p '2 = ρcZu '
(
Impédance Z complexe
La partie réelle caractérise la dissipation/amplification. Sifflement potentiel pour Re(Z) < 0
(amortissement négatif)
La partie imaginaire définit les effets inertiels
23 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
)
u 'i = pi+ − pi− ρc
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Outil numérique et maillage
Code_Saturne (EDF)
Schéma en espace volumes finis d’ordre 2 sur des maillages non-structurés
Schéma en temps implicite à pas fractionné
Modèle de turbulence k-ω SST
Bien adapté aux écoulements cisaillés
Écoulement à symétrie axiale
Maillage d’une demi-coupe de la géométrie
Coupe étendue d’un angle α = π/50, correspondant à une cellule dans la direction azimutale
Axe de symétrie pas pris en compte pour éviter la singularité numérique
Limite du domaine translatée d’un rayon ε = 1.10-4 m
L1 = 2 D
D
−ε
2
e
L2 = 7 D
A
A-A
d
−ε
2
A
24 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
α
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Outil numérique et maillage
Forme des cellules choisie la plus cubique possible
Discrétisation spatiale
Dans l’orifice ∆r = ∆z = 5.10-5 m, soit r+ ≈ 5
Plus grand pas de discrétisation ∆r = ∆z ≈ 6.10-4 m, D/∆r = D/∆z ≈ 45
Grille constituée de 99000 cellules au total
Zoom autour de l’orifice
Pas de temps
∆t = 5.10-7 s
CFL = 1,2
25 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Étape de calcul
Réalisation d’un calcul stationnaire pour la récupération du champ moyen
Profil d’écoulement moyen uniforme en entrée
-13 < Ux < 57 m/s
-9,3e2 < P < 1,4e3 Pa
-2,4D
-1,8D
-1,1D -0,4D
0
4,3D
5D
5,7D
Définition du profil d’écoulement dans l’orifice
Résolution spatiale déterminante au niveau du coin amont de l’orifice. Fort gradient de
vitesse dans cette zone
0 < norm(U) < 57 m/s
26 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
6,3D
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Étape de calcul
Perturbation de ce champ moyen par des fluctuations harmoniques de la
vitesse d’entrée
Signal d’excitation u ' = A cos(2πf exc t )
L’amplitude A choisie pour assurer une réponse linéaire, A = 0,001U0
La fréquence d’excitation fexc balaie la plage 500-4000 Hz
Identification de l’impédance à partir de la différence de pression entre l’amont
et l’aval
27 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Résultat : partie réelle de l’impédance Z pour U0 = 9 m/s
Caractérise la dissipation/amplification au niveau du diaphragme
Bande de sifflement potentiel partie réelle de Z négative
1.5
Expériences
1
Simulations
real(Z)
0.5
0
-0.5
-1
500
28 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1000
1500
2000
2500
f (Hz)
3000
3500
4000
4500
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Résultat : partie imaginaire de l’impédance Z pour U0 = 9 m/s
Définit les effets inertiels au niveau du diaphragme
3
2.5 Expériences
Simulations
imag(Z)
2
1.5
1
0.5
0
500
29 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1000
1500
2000
2500
f (Hz)
3000
3500
4000
4500
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Approche URANS incompressible axisymétrique
Discussion
Bonne précision pour
l’estimation du potentiel de sifflement de diaphragmes
la caractérisation du comportement acoustique de diaphragmes de manière générale
Domaine d’application
Limitation aux écoulements à bas nombre de Mach et à des diaphragmes présentant
des dimensions faibles devant les longueurs d’onde acoustique
30 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
31 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Régime de sifflement
Rétroaction acoustique et saturation
Le sifflement résulte de la présence d’une amplification, de conditions résonantes et
d’effets de saturation non linéaire
p1+
p1−
U0
R1
L1
p2+
p2−
L2
Comment évoluent les caractéristiques linéaires du diaphragme ?
Quels rôles jouent les conditions de réflexions acoustiques ?
Peut-on prédire l’apparition d’un sifflement, sa fréquence et son amplitude ?
32 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
R2
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
33 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Description des essais
Description
Mesurer le sifflement pour différentes conditions d’écoulement et conditions de
réflexion amont et aval
Mesure de la fréquence du sifflement
Estimation de l’amplitude de la vitesse acoustique au niveau de l’orifice
Obtention d’une base de données pour l’étude du sifflement
Description de la configuration expérimentale
Banc d’essai du LAUM
Isolation acoustique de la section d’essai
Différentes conditions amont et aval testées
Mesures microphoniques réalisées à l’amont et à l’aval
terminaison
anéchoïque
compresseur
débitmètre
L1m
34 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
condition
aval
microphones
condition
amont
L1
Lm2
L2
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Description des essais
Exemple de spectres
Spectres de vitesse acoustique adimensionnée estimée au niveau de l’orifice
à partir des données des microphones amont et aval
Fréquence de sifflement 1900 Hz, harmonique 3800 Hz
Amplitude adimensionnée u’/U0 = 0,065
-2
10
Estimation amont
Estimation aval
-4
PSD(u'/U0).Df
10
-6
10
-8
10
-10
10
1000
35 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
36 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Gain et boucle de rétroaction
Définition du gain linéaire
Sur la base d’une représentation localement incompressible, définition du gain du
diaphragme
 p2+ + p1−   1 0  p1+ + p2− 
 +



 p − p −  =  0 G  p + − p −  avec G = 2T − 1 et T = T ± = 1 − R ±

 1
1 
2 
 2
2
0.5
U0 = 6 m/s
U0 = 9 m/s
0
U0 = 12 m/s
1.5
angle
abs
-0.5
1
-1
G
-1.5
0.5
-2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
St
37 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
-2.5
0.5
0.6
0.1
Termes non-diagonaux
de la matrice
0.2
0.3
0.4
St
0.5
0.6
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Gain et boucle de rétroaction
Représentation par un gain linéaire avec rétroaction
Réduction à un degré de liberté
(p
+
2
)
(
− p1− = G p1+ − p2−
)
Prise en compte de l’environnement acoustique (Réflexion + longueur de tube)
(p
+
1
) (
− p2− = F p2+ − p1−
)
avec F = f (R1, R2, L1, L2, k+, k-, fsif)
Représentation du système par la boucle simplifiée
p1+ − p2−
G
F
38 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
p2+ − p1−
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
39 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Fréquence de sifflement
Fréquence de sifflement en fonction de la vitesse d’écoulement
2800
2600
f (Hz)
2400
2200
2000
1800
1600
1400
5
40 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
6
7
8
9
U (m/s)
10
11
12
13
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Analyse de stabilité linéaire
Tracé de l’inverse de GF-1 dans le plan des fréquences complexes (Domaine de
Laplace)
Interpolation des caractéristiques mesurées du diaphragme et des réflexions dans le plan
complexe
Chaque maximum correspond à un mode
Mode instable si fi < 0
U0 = 6,5 m/s
fi (Hz)
50
0
-50
1400
41 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1600
1800
2000
2200
fr (Hz)
2400
2600
2800
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Analyse de stabilité linéaire
Tracé de l’inverse de GF-1 dans le plan des fréquences complexes (Domaine de
Laplace)
Interpolation des caractéristiques mesurées du diaphragme et des réflexions dans le plan
complexe
Chaque maximum correspond à un mode
Mode instable si fi < 0
U0 = 9,5 m/s
fi (Hz)
50
0
-50
1400
42 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1600
1800
2000
2200
fr (Hz)
2400
2600
2800
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Fréquences d’instabilité et fréquences de sifflement
Comparaison des fréquences de sifflement et des fréquences de départ en
instabilité prédites par l’analyse de stabilité linéaire
2800
+ fréquences de sifflement
2600
o fréquences instables
f (Hz)
2400
2200
2000
1800
1600
1400
5
43 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
6
7
8
9
U (m/s)
10
11
12
13
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
44 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Étude du niveau acoustique de sifflement
Du gain linéaire au gain saturé
Au sein de la boucle, adaptation du gain du diaphragme G à la rétroaction
Cycle limite
Saturation non linéaire du gain pour s’adapter aux pertes linéaires
Condition finale GsatF = 1 avec Gsat le gain linéaire G saturé (F caractérise la
rétroaction acoustique)
1.6
0
Gain saturé
1.4
Gain linéaire
-0.5
abs
angle
1.2
-1
1
-1.5
0.8
0.1
0.2
0.3
0.4
St
45 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.5
0.6
-2
0.1
0.2
0.3
0.4
St
0.5
0.6
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Étude du niveau acoustique de sifflement
Données expérimentales
Modification des conditions d’écoulement et des amplitude et phase des
conditions de réflexion amont et aval
Changement des paramètres
Nombre de Mach M, nombre de Strouhal St, valeur absolue et phase du terme de
rétroaction généralisé F
Étude de l’évolution de l’amplitude de sifflement avec ces différents paramètres
46 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Étude du niveau acoustique de sifflement
Analyse de l’évolution de l’amplitude de sifflement
Un seul mode de conduit étudié
Deux paramètres évoluent
Dépendance combinée à F et St
u’/U0 augmente avec la valeur absolue de F
u’/U0 maximum pour St proche de 0,25
Nombre de Mach
Amplitude du coefficient de réflexion aval
0.16
0.14
0.16
Cas le + réfléchissant
0.14
Cas intermédiaire
0.12
0.12
Cas le - réfléchissant
0.1
u'/U0
u'/U0
0.1
0.08
0.08
0.06
0.06
0.04
0.04
0.02
0.02
0
0.5
0.55
0.6
47 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.65
abs(F)
0.7
0.75
0.8
0
0.2
0.25
0.3
St
0.35
0.4
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Étude du niveau acoustique de sifflement
Analyse de l’évolution de l’amplitude de sifflement
Analyse du reste des essais
Résultats identiques
0.16
0.16
0.14
0.14
0.12
0.12
0.1
0.1
u'/U0
u'/U0
u’/U0 augmente avec la valeur absolue de F
u’/U0 maximum pour St proche de 0,25
0.08
0.08
0.06
0.06
0.04
0.04
0.02
0.02
0
0.5
0.55
0.6
48 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.65
abs(F)
0.7
0.75
0.8
0
0.2
0.25
0.3
St
0.35
0.4
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Étude du sifflement en condition résonante
Conclusion
Prédiction du sifflement et de sa fréquence par une analyse de stabilité linéaire
Précision de l’ordre d’un pour cent
Peu d’influence de la saturation sur la fréquence
Évolution du niveau acoustique de sifflement avec le taux de réflexion global et
le nombre de Strouhal
Amplitude de sifflement jusqu’à des valeurs u’/U0 = 0,15
Augmentation du niveau acoustique avec le taux de réflexion
Niveau acoustique maximum autour d’un nombre de Strouhal de 0,25
49 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Sommaire
Identification du potentiel de sifflement de diaphragmes à partir de simulations
numériques
Simulation des grandes échelles pour un fluide compressible
Approche statistique de la turbulence pour un fluide incompressible en géométrie
axisymétrique
Étude du régime de sifflement
Description des essais
Gain et boucle de rétroaction
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Étude du niveau acoustique de sifflement
Conclusion et perspectives
50 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Conclusions
Définition des fréquences de sifflement potentiel à l’aide de simulations
numériques
LES compressible
URANS incompressible
Bons résultats dans les deux cas
Prédiction de la bande de sifflement potentiel
Analyse du sifflement en condition résonante
Bonne prédiction des fréquences de sifflement par une analyse de stabilité linéaire
Paramètres contrôlant le niveau acoustique de sifflement
Taux de réflexion globale
Nombre de Strouhal
51 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Potentiel de sifflement
o ooooooooo oooooooo
Sifflement établi
o oo oo oooo oooo o
Conclusions
oo
Perspectives
Déterminer le gain saturé (ou la matrice de diffusion) de diaphragmes en
fonction du niveau acoustique (travaux de Ziada et al. sur la cavité en conduit)
Sur la base des simulations numériques déjà testées, étudier l’influence de la
forme du diaphragme (biseau) sur la dynamique de l’écoulement (lâcher de
tourbillons par ex., Golliard et al. 2011)
Simulation LES compressible du sifflement en présence de réflexions
Utilisation des conditions aux limites partiellement réfléchissantes (Polifke et al.)
Visualisation de l’écoulement local pour différentes caractéristiques des réflexions amont
et aval
Appliquer les outils proposés à des géométries complexes
Mesures des propriétés acoustiques de vannes et application du critère de sifflement
52 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Merci de votre attention
53 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Annexes
54 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Exemple de coefficients de la matrice de diffusion
Dimensions du diaphragme
Coefficients de transmission
supérieurs à un
Pente sur les coefficients de réflexion
e/d = 0,33 et d/D = 0,5
Condition d’écoulement
M = 0,026
1.4
1
T+
1.2
R+
0.8
T-
0.6
|T|
|R|
1
R-
0.8
0.4
0.6
0.2
0.4
1000
2000
55 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
3000
f (Hz)
4000
5000
0
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Application du critère de sifflement
Dimensions du diaphragme
Sifflement potentiel
e/d = 0,26 et d/D = 0,63
Valeur propre négative
0,2 < St < 0,4, avec St = fe/Ud
Deux bancs d’essai (LAUM, EDF R&D)
1
D = 0,079 m
M = 0,047
Re = 82000
0.5
ξmin,max
D = 0,03 m
M = 0,052
Re = 34000
0
-0.5
-1
-1.5
0
56 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.1
0.2
0.3
St
0.4
0.5
0.6
Influence du nombre de Reynolds
Trois diaphragmes différents
Indépendance du pic de sifflement
potentiel au nombre de Reynolds
e/d = 0,26 et d/D = 0,63
e/d = 0,33 et d/D = 0,5
e/d = 0,40 et d/D = 0,67
0.8
0.7
St = fe/Ud
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1 4
10
5
10
Re
57 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Mesure de la matrice de diffusion
Méthode à deux sources
Deux mesures avec une excitation alternativement à l’amont puis à l’aval
Mesure a
Mesure b
Mesure des fonctions de transfert entre microphones
±
Identification des ondes acoustiques pi
Calcul de la matrice de diffusion

 p+ a p+ b 
2 
 1
 2
+
−
−


T
R


 p1+
p2


=
 −a
 R + T −  p − a
−b
p
p
 2
1
1

 
+
−
 p+
p
p2 
 1
 1
58 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
b
p1+ 
p2− 

1 

Critère de sifflement / Cas général (1/2)
Bilan de puissance acoustique autour du diaphragme
Volume de contrôle V. Les limites de ce volume sont loin des phénomènes locaux
Profil d’écoulement établi défini uniforme
Propagation acoustique en ondes planes
Production de puissance acoustique
Puissance sortante > Puissance entrante
Preçue
Pémis
59 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
V
Pémis
Preçue
M
Critère de sifflement / Cas général (2/2)
Puissance acoustique sous un écoulement uniforme1
2
2
P = S c  Π + − Π −  avec Π ± = (1 ± M ) p ± ρ 0


Application à un biporte acoustique2, cas d’un diaphragme
p1+
p1−
p2+
p2−
V
Ondes reçues Π1+ et Π 2−
Ondes émises Π +2 et Π1−
Bilan de puissance
 Π1+   Te+
 −= +
Π   R
 2  e
M
Re−  Π 2+ 
  ou Π e = S e Π r
Te−  Π1− 
(
)
Preçue − Pémis = S c t Π r Id −t S eS e Π r
Puissance acoustique dissipée normalisée bornée par les valeurs
t
propres réelles de Id− S eS e
P −P
ξ min ≤ reçue émis ≤ ξ max
Preçue
(
)
Fréquence de sifflement potentiel pour ξ min ( f ) < 0 , soit Preçue ( f ) < Pémis ( f )
1
C. L. Morfey. Sound transmission and generation in ducts with flow. JSV 14, 1971.
2
Y. Aurégan et R. Starobinsky. Determination of acoustic energy dissipation/production potentiality from
the acoutic transfer functions of a multiport. Acustica 85, 1999.
60 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Critère de sifflement / Fluide localement incompressible
Hypothèse de compacité de la zone d’interaction aéroacoustique
Nombre de Mach très inférieur à un
Dimensions du diaphragme très petites devant les longueurs d’ondes étudiées
Représentation localement incompressible du fluide
 p'1   1 ρc0 Z  p '2 
  = 
 
u
'
0
1
 u '2 
 1 
Gradient de pression pour un fluide incompressible et en négligeant les effets de
viscosité
∂u
∇p = − ρ 0
− ρ 0 (ω ∧ u ) avec ω le vecteur vorticité
∂t
61 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Critère de sifflement / Fluide localement incompressible
Hypothèse de compacité de la zone d’interaction aéroacoustique
Nombre de Mach très inférieur à un
Dimensions du diaphragme très petites devant les longueurs d’ondes étudiées
Représentation localement incompressible du fluide
 p'1   1 ρc0 Z  p '2 
  = 
 
u
'
0
1
 u '2 
 1 
Gradient de pression pour un fluide incompressible et en négligeant les effets de
viscosité
∂u
∇p = − ρ 0
− ρ 0 (ω ∧ u ) avec ω le vecteur vorticité
∂t
Contribution d’un écoulement uniforme
62 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Critère de sifflement / Fluide localement incompressible
Hypothèse de compacité de la zone d’interaction aéroacoustique
Nombre de Mach très inférieur à un
Dimensions du diaphragme très petites devant les longueurs d’ondes étudiées
Représentation localement incompressible du fluide
 p'1   1 ρc0 Z  p '2 
  = 
 
u
'
0
1
 u '2 
 1 
Gradient de pression pour un fluide incompressible et en négligeant les effets de
viscosité
∂u
∇p = − ρ 0
− ρ 0 (ω ∧ u ) avec ω le vecteur vorticité
∂t
Contribution de la distribution de vorticité, terme source
Moyenne temporelle de la puissance acoustique rayonnée par le volume V
P = − ρ0
∫ (ω ∧ u ) ⋅u' dV
V
63 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Critère de sifflement / Fluide localement incompressible
Hypothèse de compacité de la zone d’interaction aéroacoustique
Nombre de Mach très inférieur à un
Dimensions du diaphragme très petites devant les longueurs d’ondes étudiées
Représentation localement incompressible du fluide
 p'1   1 ρc0 Z  p '2 
  = 
 
u
'
0
1
 u '2 
 1 
Gradient de pression pour un fluide incompressible et en négligeant les effets de
viscosité
∂u
∇p = − ρ 0
− ρ 0 (ω ∧ u ) avec ω le vecteur vorticité
∂t
Au final, la différence de pression de part et d’autre du diaphragme
p'1 − p'2 = ρ 0 cZu ' = (ρ 0 cZ s − jρ 0ωL pot )u '
Génération/dissipation de puissance au niveau du diaphragme caractérisée par
la partie réelle de Z
Partie réelle positive, le diaphragme dissipe la puissance acoustique
Partie réelle négative, le diaphragme génère de la puissance acoustique
Fréquences correspondantes potentiellement sifflantes
64 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Formule de Howe
P = − ρ0
∫ (ω ∧ u ) ⋅u' dV
V
65 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Extraction des signaux acoustiques (CBF)
Characteristic
Propagation Lengths
66 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Approche LES compressible
Méthode d’identification
Réponses impulsionnelles et signaux de pression
L −1
L −1
p (n) = ∑ h (k ) p ( n − k ) + ∑ h (k ) p ( n − k )
+
2
k =0
1,1
+
1
1, 2
k =0
Équation de Wiener-Hopf
−
2
L −1
L −1
p (n) = ∑ h ( k ) p (n − k ) + ∑ h 2, 2 (k ) p2− (n − k )
−
1
2 ,1
k =0
+
1
k =0
Γ ⋅h = c
Matrices d’autocorrélation et de corrélation-croisée
 p1+ (k ) p1+ (k )

M

N  +
p1 (k − L) p1+ (k )
1

Γ=
∑
N − L + 1 k = L  p2− (k ) p1+ (k )

M

 p − ( k − L) p + ( k )
 2
1
67 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
K
p1+ (k ) p1+ (k − L)
p1+ (k ) p2− (k )
K
O
M
M
O
K p1+ (k − L) p1+ (k − L)
p1+ (k ) p2− (k − L) K
K
p2− (k ) p1+ (k − L)
p2− (k ) p2− (k )
K
O
M
M
O
K p2− (k − L) p1+ (k − L)
 p1+ ( k ) p2+ ( k )

M

N  +
p1 (k − L) p2+ (k )
1

c=
∑
N − L + 1 k = L  p2− (k ) p2+ (k )

M

 p − (k ) p + (k )
2
2

p2− (k − L) p2− (k ) K
p1+ (k ) p1− ( k ) 

M


p1+ ( k − L) p1− ( k ) 
p2− ( k ) p1− (k ) 

M

−
−
p2 (k − L) p1 (k ) 
p1+ (k ) p2− (k − L) 

M


p1+ (k − L) p2− (k − L) 
p2− (k ) p2− (k − L) 

M

−
−
p2 (k − L) p2 (k − L) 
Inversion de Wiener-Hopf (1/3)
r
Γ,c
rr
r,s
r
h
F(ω)
Auto-Correlation Matrix Γ
Signal
Response
68 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Cross-Correlation Vector c
Inversion de Wiener-Hopf (2/3)
r
Γ,c
rr
r,s
Auto-Correlation Matrix Γ
r
h
F(ω)
Cross-Correlation Vector c
Wiener-Hopf Equation
Unit Impulse Response h
69 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Inversion de Wiener-Hopf (3/3)
rr
r,s
Unit Impulse Responses h
70 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
r
Γ,c
r
h
z-Transformation
F(ω)
Frequency Responses
Approche LES compressible
Méthode à deux sources
71 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Approche LES compressible
Outil numérique
Code_Safari (EDF)
Méthode des différences finies sur des maillages structurés curvilignes multi-domaines
Schéma numérique d’ordre élevé
En espace, schéma centré sur 7 points d’ordre 6
En temps, schéma de Runge-Kutta d’ordre 4
Géométrie 3D
Grille de calcul
Longueur amont
4D
Longueur aval
13D
Nombre de cellules
≈ 21.106
Plus petit ∆r, ∆z (m)
1,53.10-4 (r+ = 16)
Plus grand ∆r, ∆z (m)
6.10-4
72 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Approche LES compressible
Maillage Code_Safari
73 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Approche LES compressible
Profil d’écoulement dans l’orifice
Profil de vitesse longitudinale à 0,0005 m du coin amont du diaphragme
50
40
-1
Uz (ms )
30
20
10
Code_Saturne
Code_Safari
0
-10
0
74 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1
2
3
4
r (m)
5
6
7
8
-3
x 10
Approche LES compressible
Profil d’écoulement dans l’orifice
Profil de vitesse longitudinale à 0,0025 m du coin amont du diaphragme
60
50
30
-1
Uz (ms )
40
20
10
0
Code_Saturne
Code_Safari
-10
-20
0
75 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
1
2
3
4
r (m)
5
6
7
8
-3
x 10
Approche LES compressible
Résultats
Valeur absolue des coefficients de la matrice de diffusion
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s
1.6
1
1.4
0.8
0.6
|R |
1
-
+
|T |
1.2
0.8
0.4
0.6
0.2
0.4
0.2
500
1000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
0
500
5000
1
1000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
1000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
1.4
1.2
0.8
1
0.6
-
+
|T |
|R |
0.8
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
1500
2000 2011
2500
3000
76 - 500
Romain1000
Lacombe
- 16 Mars
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
0
500
Approche LES compressible
Résultats
Phase des coefficients de la matrice de diffusion
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s
1
3
2
0.5
1
ΦR -
ΦT +
0
0
-0.5
-1
-1
1000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
-3
500
5000
3
1
2
0.5
1
0
ΦT -
ΦR +
-1.5
500
-2
0
-1
-2
-1.5
3500
4000
4500
5000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
1000
1500
2000
2500
3000
f (Hz)
3500
4000
4500
5000
-0.5
-1
-3
1500
2000 2011
2500
3000
77 - 500
Romain1000
Lacombe
- 16 Mars
f (Hz)
1000
-2
500
Approche LES compressible
Résultats
Critère de sifflement
Comparaison expériences/calculs. Cas U0 = 9 m/s
1
0.5
ξmin, ξmax
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
0.1
78 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
St
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
Approche URANS incompressible axisymétrique
Représentation incompressible
Différence de pression mesurée de part et d’autre d’un diaphragme en présence
d’une perturbation harmonique
p'1 − p'2 = (ρ 0 cZ s − jρ 0ωL pot )u '
ρ 0 cZ s u '
Partie réelle de Z
Terme source
Sifflement potentiel si Zs < 0
− jρ 0ωL pot u '
Partie imaginaire de Z
Effets inertiels
Deux effets à distinguer
Écoulement uniforme entre les
positions de mesure
Effets inertiels à l’intérieur de
l’orifice
L pot = (L1 + L2 ) + Ldiaph
ω


Caractérisation aéroacoustique d’un diaphragme Z =  Z s − j Ldiaph u '
c


Partie réelle de Z
Effets inertiels caractérisés par Ldiaph
79 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
Sifflement stabilisé
Procédure expérimentale (1/3)
microphones
Description du banc d’essai
terminaison
anéchoïque
compresseur
débitmètre
condition
aval
condition
amont
L1m
Lm2
L2
L1
Coefficients de réflexion aval : tube ouvert et tube à parois perforées entouré d’un
puis deux disques de mousse absorbante
4
0.8
2
0.6
0
|R|
ΦR
1
0.4
-2
0.2
-4
0
0
1000
2000
3000
80 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
f (Hz)
4000
5000
-6
0
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Sifflement stabilisé
Procédure expérimentale (2/3)
microphones
Description du banc d’essai
terminaison
anéchoïque
compresseur
débitmètre
condition
aval
condition
amont
L1m
Lm2
L2
L1
Coefficients de réflexion amont : chambre d’expansion
1
4
0.8
2
|R|
ΦR
0.6
0
0.4
-2
0.2
0
0
1000
2000
3000
81 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
f (Hz)
4000
5000
-4
0
1000
2000
3000
f (Hz)
4000
5000
Sifflement stabilisé
Procédure expérimentale (3/3)
microphones
Description du banc d’essai
terminaison
anéchoïque
compresseur
débitmètre
condition
aval
condition
amont
L1m
Lm2
L2
L1
Coefficients de réflexion amont : cavité à profondeur variable
Lcav = 0,027 m, Lcav = 0,037 m et Lcav = 0,047 m
1
4
0.8
2
|R|
ΦR
0.6
0
0.4
-2
0.2
0
0
0.2
82 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.4
He
0.6
0.8
-4
0
0.2
0.4
He
0.6
0.8
Sifflement stabilisé
Résultats des essais (1/2)
Changement de l’amplitude du coefficient de réflexion aval
2800
0.16
0.14
2600
0.12
2400
2200
u/U0
f (Hz)
0.1
0.08
2000
0.06
1800
0.04
0.02
1600
6
8
10
-1
U0 (ms )
83 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
12
0
6
8
10
-1
U0 (ms )
12
Sifflement stabilisé
Résultats des essais (2/2)
Changement du contenu fréquentiel de la réflexion amont (cavité à profondeur
variable amont et différentes terminaisons aval)
2200
0.12
0.1
2100
0.08
u/U0
f (Hz)
2000
0.06
1900
0.04
1800
1700
0.03
0.02
0.04
84 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
0.05
Lcav (m)
0.06
0.07
0
0.03
0.04
0.05
Lcav (m)
0.06
0.07
Analyse de stabilité et fréquence de sifflement
Analyse de stabilité linéaire
Sur la base des caractéristiques linéaires du système, calcul des fréquences de
départ en instabilité
Critère de Bode Nyquist
Tracé du produit –GF dans le plan complexe
Analyse de la courbe autour de -1
1.5
f = 2200 Hz
f = 2150 Hz
1
U0 = 9,5 m/s
U0 = 11 m/s
imag(-GF)
U0 = 6,5 m/s
f = 2100 Hz
0.5
0
-0.5
f = 1900 Hz
f = 2000 Hz
-1
-1.5
-1.5
85 - Romain Lacombe - 16 Mars 2011
-1
-0.5
0
real(-GF)
f = 1900 Hz
0.5
1
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