Academic literature on the topic 'Pressions acoustiques expérimentales'

La présence d’écoulements de fuite ou de passage dans des organes de robinetterie industrielle conduit à des risques de sûreté des installations, de sécurité pour les personnes, de contamination de l’environnement ou de perte financière. Actuellement, la mesure des émissions acoustiques (EA) sur la surface extérieure de l’organe à diagnostiquer est un indicateur de la présence d’un écoulement interne. En effet, un jet, ou une fuite, produit des émissions acoustiques qui se propagent à la surface de la robinetterie. Les émissions acoustiques dépendent de plusieurs paramètres caractérisant la robinetterie (tels que la matière ou la géométrie) et le fluide (par exemple, la pression ou la température). Ainsi, des méthodes de diagnostic permettent de détecter l’inétanchéité d’un organe mais il n’existe actuellement pas de modèle physique permettant de quantifier les fuites. Pour répondre à cette problématique, nous avons mis en place une installation expérimentale permettant de simuler des fuites d’eau à des pressions allant jusqu’à 50 bar. L’installation se veut semi-industrielle avec des conduits amonts et avals de quatre pouces (10,16 cm) et des brides de test (où sont percés les orifices de fuite) de six pouces (15,24 cm). Deux orifices de fuite cylindriques (diamètres de 0,57 et 0,72 mm) et décentrés (affleurant la surface interne) ont été étudiés. Les émissions acoustiques ont été mesurées à l’aide d’un capteur piézoélectrique large bande (avec une plage de fonctionnement allant de 150 à 950 kHz) et d’une instrumentation ad hoc. Les niveaux acoustiques obtenus ont ensuite été corrélés aux paramètres de l’écoulement (pression, température et débit). Ces premières données nous permettront, à terme, de valider un modèle analytique ou numérique que nous déploierons sur les centres nucléaires de production d’électricité lors de nos mesures ponctuelles ou en continu (monitoring).

Cette thèse porte sur le développement et la validation des traitements acoustiques performants pour les nacelles des turboréacteurs, l’étude et la modélisation des liners sous hauts niveaux acoustiques avec écoulement d’air rasant et l’optimisation des technologies et propriétés des liners pour une meilleure réduction du bruit. Un nouveau modèle d’impédance acoustique basé sur l’approche du fluide équivalent a été proposé pour les plaques micro-perforées couplées à une cavité d’air ou à un milieu poreux. Le modèle proposé a été validé numériquement et expérimentalement et l’effet des hauts niveaux de pression sur les caractéristiques acoustiques des liners a été démontré. Une analyse de sensibilité a été réalisée pour évaluer les impacts des paramètres entre autres le diamètre de perforation, l’épaisseur de la plaque, le taux de perforation, la profondeur de la cavité, la résistance par unité de surface de l’écran résistif, le niveau de pression et le nombre de Mach sur les propriétés acoustiques des liners à un et deux degrés de liberté ainsi que les liners avec écrans résistifs. La technologie des liners avec écrans résistifs intégrés dans la cavité d’air ou collés sur les plaques micro-perforées a été étudiée et la contribution des écrans dans l’amélioration des performances d’atténuation acoustique des liners a été démontrée numériquement et expérimentalement. Ensuite, on modélise les liners en incidence rasante en proposant une approche analytique basée sur le développement limité en séries de Taylor pour déterminer le nombre d’onde complexe d’une conduite acoustique traitée par les matériaux absorbants. Enfin, on étudie la réponse acoustique des liners en incidence oblique.

Ce travail présente une analyse originale des phénomènes acoustiques basses fréquences à l'intérieur et aux frontières des guides d'ondes cylindriques. Avec l'hypothèse des basses fréquences réduites, on dresse un modèle théorique de la propagation acoustique d'abord pour le tuyau de longueur infinie puis pour le tuyau réel. On introduit alors les phénomènes de déphasage à la réflexion en utilisant notamment la notation complexe. Dans l'analyse expérimentale, on s'intéresse à toutes les grandeurs physiques mesurables. Dans un premier temps, on utilise un capteur de pression miniature pour accéder à la grandeur acoustique habituelle : la pression. On montre ensuite comment une jonction thermoélectrique de dimension extrêmement réduite (0,5 micron-mètre) permet de mesurer une seconde grandeur thermodynamique : la température. On retrouve alors expérimentalement les profils de la température et de la pression dans le résonateur et notamment au niveau de la couche limite thermique. Ces mesures simultanées permettent également de déterminer un coefficient polytropique caractéristique des transformations thermodynamiques réelles qui régissent les phénomènes acoustiques. Pour compléter cette analyse, on utilise les méthodes optiques qui donnent accès à l'élongation acoustique et à la structure des écoulements au voisinage des dioptres (phénomènes tridimensionnels). Les techniques de visualisation développées sont largement décrites à la fois sur le plan théorique et sur le plan expérimental. Enfin, on montre comment la technique de vélocimétrie laser par franges d'interférences permet de reconstituer les évolutions temporelles du champ des vitesses dans le résonateur. Là encore on retrouve le profil théorique de la couche limite dynamique
This work presents an original analysis of acoustic phenomena (low frequencies) inside and at the frontiers of cylindrical waves guides. With the hypothesis of the low reduced frequencies, we propose a theoretical model of the acoustic propagation, first for the infinite length duct and then for the real duct. Then we introduce phase lag phenomena to the reflection by using notably the complex notation. In the experimental analysis, we investigate all measurable physical quantities. In a first time, we use a miniature pressure sensor to access to the acoustic pressure. Then, we show how a thermoelectric junction of extremely reduced dimension (0. 5 micrometers) allows to measure a second thermodynamic quantity : the temperature. Thus, we find the temperature and the pressure experimental profiles in the resonator and notably in the thermal boundary layer. These simultaneous measurements also allow to determine a polytropic coefficient that charcterizes real thermodynamic transformations that govern acoustic phenomena. To complete this analysis, we develop several optical methods that allow to access to the acoustic elongation and to the flow structure at the openedend. Visualization techniques are largely described both on the theoretical plan and on the experimental plan. Finally, we show how a Laser Doppler Velocimeter (interference fringes) allows to reconstitute temporal evolution of the velocity field in the resonator. Again, we obtain the theoretical profile of the dynamic boundary layer

Les sons auto-entretenus produits (jusqu'à 125 dB) par l'impact sur une plaque fendue d'un jet libre à bas nombre de Mach et à grand rapport d'aspect, dénommée bruit de fente, est étudiée expérimentalement. Pour toutes les géométries du bord de la fente testées, ils sont engendrés à partir d'une vitesse de 6 m/s et lorsqu'une des résonances du conduit d'où débouche le jet est excitée. Le nombre de Strouhal associé à leur fréquence fondamentale décrit alors des paliers liés au nombre de tourbillons mis en évidence par des mesures anémométriques, avec des possibilités d'appariement tourbillonnaire. D'autre part, le domaine d'existence de cette fréquence fondamentale est défini par les fréquences des deux modes d'instabilité du jet. Si le bord de la fente est biseauté et si celui-ci est placé dos à l'écoulement, les sons auto-entretenus apparaissent à une vitesse inférieure (3,5 m/s), dès que le jet devient turbulent, et l'excitation d'un résonateur acoustique n'est alors plus nécessaire
The production of self-sustained tones (up to 125 dB) by a low Mach number free plane jet impinging on a slotted plate, known as slot-tone, is experimentally studied. For all geometries of the slot's edge tested, the tones are generated from 6 m/s and when a resonant mode of the duct from which the jet flows out is excited. The Strouhal number associated with the tones fundamental frequency describes stages. These one are linked to the number of vortices present, with vortex pairing possibilities. On the other hand, the frequency domain of the fundamental is defined by the two instability modes of the jet. If the edge of the slot is beveled and if this one is placed backwards to the flow, the tones occurs at a lower speed (3. 5 m/s) as soon as the jet becomes turbulent, and the excitation of an acoustic resonator is then not necessary

Cette étude expérimentale concerne l’écoulement généré sur une marche montante. Plus particulièrement, l’influence de certains paramètres (hauteur de marche et régime d’écoulement) sur l’organisation spatio-temporel de l’écoulement est analysée. Le but est de mettre en évidence les liens existants entre différentes grandeurs aérodynamiques (fluctuations de pressions pariétales et de vitesses) ainsi que leur impacts sur le champ acoustique rayonné. Pour cela, on développe un banc d’essais complet ainsi que des sondes à microphones déportés pour la mesure des fluctuations de pressions pariétales. On s’intéresse alors à vérifier l’hypothèse de quasi-bidimensionnalité de l’écoulement (visualisations par enduit de surface, anémométrie à fils chaud, sondes de fluctuations de pressions pariétales). De plus, l’organisation spatiale de l’écoulement est investie avec un système de vélocimétrie par images de particules (P. I. V. ). Les champs de vitesses et de fluctuations de pressions pariétales sont étudiés sur l’ensemble du montage et les cartographies sont obtenues pour les différentes configurations (hauteur et régime d’écoulement). Des mesures simultanées de la vitesse, des fluctuations de pressions pariétales et du champ sonore sont ensuite entreprises. On accède ainsi à la vitesse de convection des structures, aux échelles intégrales et aux corrélations entre ces différentes grandeurs sur l’ensemble du montage. Enfin, le modèle de Curle est utilisé avec les données de fluctuations de pressions pariétales et le champ acoustique estimé est confronté à la mesure
The subject of this experimental study is the flow generated over a forward-facing step. The impact of several parameters (height of step and rate of flow) on the spatio-temporal flow organisation is investigated. The aim is also to clarify relationships between wall fluctuation pressure and the velocity field. Also, a model is designed and microphones probes are developed to investigated wall fluctuations pressures. Moreover, spatial flow organisation is examined with a Particle Image Velocimetry system for different configurations (height and flow rate). First the 2D hypothesis is improved (with wall flow visualisations experiments, hot-wire anemometry, wall pressure fluctuations probes). Moreover, spatial flow organisation is examined with a Particle Image Velocimetry system for different configurations (height and flow rate). The velocity field is mesurated simultaneously with the wall pressure fluctuations and acoustic pressure. Accordingly, the structure convection velocity, integrals flow scales and correlations between these different data are obtained overall the model. Finally, a Curle model computation is realised with experimental wall pressure fluctuations data and the estimated sound field is compared with acoustic measurements

Cette étude est consacrée à la possibilité d'identification des sources acoustiques (les structures cohérentes en particulier) dans la zone de mélange de jets turbulents en utilisant la Décomposition Orthogonales aux Valeurs Propres (POD) appliquée aux fluctuations de pression en champ proche. Lors d'une première expérience, on mesure le champ de pression proche d'un jet transsonique et d'un jet supersonique. Dans les deux cas, les deux premiers modes POD, qui à eux seuls captent l'essentiel de l'organisation spatiale et spectrale, possèdent des comportements similaires à ceux observés dans les éléments bibliographiques. Cependant, la seule connaissance du champ de pression ne suffit pas à l'interprétation physique des modes POD en terme d'organisation turbulente de l'écoulement. Une seconde expérience est alors menée dans une configuration plus simple d'un jet à faible vitesse d'éjection. On mesure simultanément la distribution longitudinale des fluctuations de pression en champ proche et les fluctuations de deux composantes de vitesse dans plusieurs tranches de l'écoulement. On accède ainsi aux corrélations spatiales pression-vitesses sur le domaine bidimensionnel de mesure. A partir de ces corrélations et en utilisant l'Estimation Stochastique Linéaire (LSE), on reconstruit la dynamique des grosses structures dans le domaine de mesure à partir seulement de la distribution longitudinale des fluctuations de pression. On montre que l'estimation du champ tourbillonnaire obtenue est en très bon accord avec la physique des phénomènes aux grandes échelles et on l'utilise pour donner une interprétation physique des modes POD de pression : les quatre premiers modes représentent la partie organisée du champ de pression. Enfin, on effectue une évaluation du rayonnement acoustique en champ lointain de l'estimation du champ tourbillonnaire qui s'avère être conforme à ce qui est attendu.

Cette étude est consacrée à la possibilité d'identification des sources acoustiques (les structures cohérentes en particulier) dans la zone de mélange de jets turbulents en utilisant la Décomposition Orthogonales aux Valeurs Propres (POD) appliquée aux fluctuations de pression en champ proche. Lors d'une première expérience, on mesure le champ de pression proche d'un jet transsonique et d'un jet supersonique. Dans les deux cas, les deux premiers modes POD, qui à eux seuls captent l'essentiel de l'organisation spatiale et spectrale, possèdent des comportements similaires à ceux observés dans les éléments bibliographiques. Cependant, la seule connaissance du champ de pression ne suffit pas à l'interprétation physique des modes POD en terme d'organisation turbulente de l'écoulement. Une seconde expérience est alors menée dans une configuration plus simple d'un jet à faible vitesse d'éjection. On mesure simultanément la distribution longitudinale des fluctuations de pression en champ proche et les fluctuations de deux composantes de vitesse dans plusieurs tranches de l'écoulement. On accède ainsi aux corrélations spatiales pression-vitesses sur le domaine bidimensionnel de mesure. A partir de ces corrélations et en utilisant l'Estimation Stochastique Linéaire (LSE), on reconstruit la dynamique des grosses structures dans le domaine de mesure à partir seulement de la distribution longitudinale des fluctuations de pression. On montre que l'estimation du champ tourbillonnaire obtenue est en très bon accord avec la physique des phénomènes aux grandes échelles et on l'utilise pour donner une interprétation physique des modes POD de pression : les quatre premiers modes représentent la partie organisée du champ de pression. Enfin, on effectue une évaluation du rayonnement acoustique en champ lointain de l'estimation du champ tourbillonnaire qui s'avère être conforme à ce qui est attendu.

La caractérisation expérimentale de la réponse vibro-acoustique de panneaux excités par des champs de pression aléatoires est d'un grand intérêt autant en recherche que pour des applications industrielles. Deux excitations sont particulièrement étudiées: le champ acoustique diffus les pressions fluctuantes induites par une couche limite turbulente. Les moyens d’essais associés à ces excitations (chambre réverbérante, soufflerie, essais in situ) peuvent être très coûteux, difficilement contrôlables et rarement comparables entre laboratoires ou centre d’essais (installations de différentes dimensions ou mises en œuvres). La reproductibilité des mesures peut alors être remise en cause, ce qui rend difficile la comparaison entre différentes solutions technologiques. Il y a donc un fort intérêt à disposer d'un outil de laboratoire permettant de reproduire l’effet de ces excitations aléatoires dans un environnement contrôlé. Dans ce contexte, cette thèse propose de développer une méthode expérimentale permettant de caractériser le comportement vibro-acoustique de panneaux sous un champ de pression aléatoire en s’affranchissant des moyens d’essais usuels. Les approches que l’on étudie se basent sur la formulation mathématique du problème dans le domaine des nombres d'onde. Celle-ci met en évidence une séparation explicite des contributions de l'excitation (via l’interspectre de pression pariétale), de celles du comportement vibro-acoustique du panneau (via les fonctions de sensibilité). A partir de la connaissance de l'interspectre de pression pariétale, il suffit alors de déterminer expérimentalement les fonctions de sensibilité du panneau afin de déterminer par post-traitement sa réponse à l'excitation considérée. Deux méthodes permettant de déterminer les fonctions de sensibilité sont étudiées numériquement et validées expérimentalement : la méthode dite de l’antenne synthétique et une méthode basée sur des principes de réciprocité. Pour étudier la validité de ces méthodes, on compare leurs résultats à ceux obtenus par des moyens standards pour deux types de panneaux et les deux types d’excitations évoqués précédemment.
Abstract: The experimental vibro-acoustic characterization of panels submitted to random pressure fields is of great interest in the industry as well as in research laboratories. For the transport sector, this type of excitation can be found when a turbulent flow develops at the wall of a moving vehicle for example. The pressure fluctuations induced by the turbulent boundary layer excite the panels which radiate a noise inside the cabin. The experimental reproduction of those pressure fluctuations requires test means which can be very costly (i.e., wind tunnel, in situ tests) and whose physical parameters can hardly be controlled. The repeatability of measurements can thereby be questioned which makes it hard to compare different technological solutions. A second example of random pressure field is the diffuse acoustic field. This latter is usually reproduced in a reverberant room which is often coupled with an anechoic chamber by means of the panel whose acoustic insulation is to be tested. A pressure field is assumed to be diffuse if the acoustic energy comes from every direction with an equiprobable intensity of the incident waves. This assumption is never fully reached in practice (lack of grazing incident waves, strong modal behavior of the room at low frequencies, etc.). A laboratory tool which allows reproducing the effect of those random excitations in a controlled environment is therefore of great interest. In this context, this thesis aims at developing an experimental method to characterize the vibro-acoustic behavior of panels under random pressure fields without using the common test means (wind tunnel, reverberant room, in situ tests, etc.). For relevance sake, this approach must compensate for the previously stated issues. The approaches studied in this work are based on the mathematical formulation of the problem in the wavenumber domain. This latter allows an explicit separation of the contributions of the excitation via the wall-pressure cross-spectrum, from those of the vibro-acoustic behavior of the panel via so-called ‘sensitivity functions’. Assuming the wall-pressure cross-spectrum of the excitation is known, it is only required to experimentally determine those sensitivity functions, on the panel or in the acoustic medium, to determine the response of the panel to the considered excitation by post-processing. Two methods aiming at determining the sensitivity functions will be numerically and experimentally studied: the source scanning technique and the method based on the reciprocity principle. Results obtained with those method are compared to measurements using standard test means to attest the validity of those methods. Several vibro-acoustic indicators will be confronted while considering the two previously mentioned excitations and for two types of panels: an academic panel and a ‘complex’ from the aeronautic sector. This latter shows the applicability of the method in an industrial context.

Les travaux de ce mémoire portent sur la modélisation électromagnétique analytique de la machine synchrone à rotor bobiné (MSRB). Cette machine est utilisée pour la traction automobile des véhicules électriques du constructeur Renault. Afin de conserver les atouts de confort et de satisfaction client, les moteurs électriques conçus pour ces véhicules doivent être silencieux. Ainsi, la compréhension et la maîtrise des origines du bruit magnétique ainsi que sa réduction sont indispensables en phase de prédimensionnement de ces moteurs électriques. C’est dans ce cadre que s’inscrivent ces travaux de recherche. Dans la première partie de ce manuscrit, la problématique de la thèse est exposée. Ensuite, les origines du bruit magnétique dans les moteurs électriques sont abordées. De même, les notions d’acoustique indispensables pour comprendre le rayonnement du bruit et la sensibilité de l’oreille humaine aux sons émis sont rappelées. Afin de choisir l’approche de modélisation de la machine, un état de l’art des méthodes de modélisation électromagnétique de la machine est présenté. Ces différentes méthodes sont évaluées sur leur capacité de modéliser la double saillance de la machine, la saturation magnétique et la progressivité de la forme du pôle de la machine. Sans oublier, les critères de simplicité de mise en œuvre et de souplesse de la méthode. La première contribution scientifique de ces travaux est la modélisation électromagnétique analytique de la machine synchrone à rotor bobiné par la méthode des transformations conformes. Cette modélisation rend possible la prise en compte de la double saillance de la machine pour une finalité vibroacoustique. Les pressions magnétiques radiales et orthoradiales source du bruit magnétique sont évaluées et comparées à celles issues des éléments finis.La seconde contribution scientifique est la prise en compte de la saturation magnétique dans le modèle analytique de la machine. Cela est réalisé en introduisant une fonction d’escalier de coefficients de saturation magnétique. Ces coefficients permettent de corriger le niveau d’induction magnétique du modèle linéaire en face des dents stator afin de prédire correctement le niveau d’induction en saturé. La dernière partie de ces travaux est dédiée aux essais expérimentaux. Les essais vibroacoustiques du GMPé (Groupe Moto Propulseur électrique) sont présentés. L’évolution des harmoniques de pressions acoustiques mesurés est comparée à celle des harmoniques de pressions magnétiques calculées par le modèle électromagnétique et les éléments finis. Différents cas de fonctionnement de la machine sont couverts et l’effet de la fréquence de découpage sur les harmoniques principales de pressions magnétiques et acoustiques est abordé
This thesis focuses on the electromagnetic design of the wound salient pole rotor synchronous machine. This machine is used for the traction of electric vehicles made by Renault Group. To ensure comfort and customer satisfaction, electric motors designed for these vehicles must be silent. Thus, understanding and mastering the origins of magnetic noise and its reduction are essential in the pre-design phase of these motors. This research is being carried out within this scope. The purpose of this thesis is explained in the first part of this work, . Then, the origins of magnetic noise in electric motors are discussed. In addition, with a view to have a better understanding of noise and the sensitivity of the human ear to the sounds emitted, the fundamental concepts of acoustics are recalled. In order to choose the design approach of the motor, a state-of-the-art of electromagnetic design methods is presented. These different methods are evaluated on their ability to consider the doubly salient effect of the motor, the magnetic saturation and the shape of the rotor pole. Besides, the simplicity of the approach to be implemented is an additional characteristic. The first scientific contribution of this work is the analytical electromagnetic model of wound salient pole rotor synchronous machine using conformal mapping. This model made it possible to take into account the doubly salient effect of the machine for a vibroacoustic purpose. The radial and orthoradial magnetic stress components which cause the magnetic noise are evaluated and compared with those from finite elements simulations. The second scientific contribution is the consideration of magnetic saturation by the analytical model of the machine. This was achieved by introducing a step function of local magnetic saturation coefficients. These coefficients make it possible to reduce the flux density of the linear model in front of each stator tooth in order to correctly predict the flux density in saturated conditions of the machine. The last part of this work is dedicated to experimental testing. The vibroacoustic experimental analysis of the electric powertrain are presented. Measured acoustic pressure harmonics is compared to magnetic pressure harmonics calculated by the electromagnetic model and finite elements simulations. Different operating points of the machine are studied and the effect of the switching frequency on the main harmonics of magnetic and acoustic pressures is addressed