Дисертації з теми "Bruit – Combustion"
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Gentil, Yann. "Modélisation du bruit de combustion." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP007.
Анотація:
Le bruit issu de la combustion dans les turbomoteurs tend à devenir l’une des principales sources de bruits des avions, du fait des améliorations successives visant à diminuer le bruit de jet, la consommation de carburant et la génération de dioxyde d’azote. Les nouvelles générations de turbomoteurs sont ainsi caractérisées par une taille plus compacte (avec notamment moins d’étage de turbine) et une activité thermo-acoustique plus intense. Deux mécanismes sont à la source du bruit de combustion : le bruit direct issue des ondes acoustiques générées par la flame et le bruit indirect issu de l’accélération et décélération des fluctuations non-acoustiques dans les étages de la turbine. Dans ce contexte, il est essentiel pour la conception de ces moteurs de s’appuyer sur une méthodologie de calcul permettant la prédiction du bruit de combustion et de ces deux principaux mécanismes générateurs. Pour cela, le CERFACS travaille depuis plusieurs années sur le développement d’une méthodologie de calcul basée sur la simulation aux grandes échelles (SGE) des chambres de combustion couplée à une méthode analytique pour propager le bruit dans les étages de turbine.Cette thèse s’est focalisée sur les modèles analytiques décrivant la génération de bruit dans des tuyères (domaine simplifié de turbine) et de leur validation par des simulations numériques instationnaires précises. Ainsi, le modèle de prédiction du bruit indirect lié aux fluctuations de composition a été revisité et validé à l’aide de simulations nécessitant le développement de nouvelles conditions non-réfléchissantes. Ce modèle est par la suite étendu afin de prendre en compte la variation des capacités calorifiques des espèces de l’écoulement en fonction de la température. Son impact sur les mécanismes de génération de bruit est évalué à l’aide d’études paramétriques. Enfin, la génération de bruit dans les turbines a été étudiée de manière théorique et applicative. D’un côté, après avoir proposé un modèle analytique réduit décrivant la propagation des ondes 1D à fréquences nulles, ce modèle est étendu à toutes les fréquences et comparé à des résultats instationnaires dans un stator. La propagation d’ondes 2D de type entropique dans un stator et une tuyère sont ensuite réalisées et analysées. D’un autre côté, la méthodologie de calcul du bruit de combustion complète, appelée CONOCHAIN, est appliquée en partant de résultat de simulation numérique diphasique du moteur d’hélicoptère TEENI dans le cadre du projet CIRRUS. Les niveaux de bruit de combustion sont analysés et comparés en sortie turbine et en champs-lointain à des résultats expérimentaux et numériques précédentsCombustion noise in turboshaft engines is becoming one of the main sources of aircraft noise, thanks to successive improvements aimed at reducing jet noise, fuel consumption and nitrogen dioxide generation. New-generation turboshaft engines are thus characterized by a more compact size (with fewer turbine stages) and more intense thermo-acoustic activity. Two mechanisms are responsible for combustion noise: direct noise from acoustic waves generated by the flame, and indirect noise from the acceleration and deceleration of non-acoustic fluctuations in the turbine stages. In this context, it is essential for the design of these engines to rely on a calculation methodology enabling the prediction of combustion noise and these two main generating mechanisms. To this end, CERFACS has been working for several years on the development of a calculation methodology based on large-scale simulation (LSS) of combustion chambers, coupled with an analytical method for propagating noise in the turbine stages.This thesis focused on the analytical models describing noise generation in nozzles (simplified turbine domain) and their validation by accurate unsteady numerical simulations. The model used to predict indirect noise due to composition fluctuations has been revisited and validated using simulations requiring the development of new non-reflecting conditions. This model was then extended to take into account temperature-dependent variations in the heat capacities of the species in the flow. Its impact on noise generation mechanisms is assessed using parametric studies. Finally, noise generation in turbines has been studied both theoretically and in an applicative way. On the one hand, after proposing a reduced analytical model describing 1D wave propagation at zero frequencies, this model is extended to all frequencies and compared with unsteady results in a stator. The propagation of 2D entropic waves in a stator and a nozzle is then performed and analyzed. On the other hand, the complete combustion noise calculation methodology, called CONOCHAIN, is applied on the basis of two-phase numerical simulation results for the TEENI helicopter engine as part of the CIRRUS project. Combustion noise levels are analyzed and compared at turbine outlet and far-field with previous experimental and numerical results
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Livebardon, Thomas. "Modélisation du bruit de combustion dans les turbines d'hélicoptères." Thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://www.theses.fr/2015INPT0143/document.
Анотація:
L'augmentation du trafic aérien à proximité des zones à forte densité démographique impose aux constructeurs aéronautiques de développer des appareils de plus en plus silencieux. Les systèmes propulsifs figurent parmi les principaux contributeurs du rayonnement acoustique des aéronefs. Plus particulièrement, il est admis que la chambre de combustion est responsable d'une génération acoustique large-bande et basse fréquence. Deux principaux mécanismes générateurs de bruit ont été identifié dans les moteurs d'avions dans les années 70. Le premier correspond à l'émission d'ondes acoustiques par le dégagement de chaleur instationnaire induit par la combustion turbulente au sein de la chambre, bruit qualifié de direct. Le second mécanisme est la génération acoustique dans les étages de turbine par l'accélération des fluctuations de températures et de vorticité crées par la flamme et l'écoulement turbulent dans la chambre, bruit qualifié d'indirect. Ces deux mécanismes ont été largement mis en évidence au travers de travaux académiques analytiques, expérimentaux et numériques. Par contre, l'importance du bruit de combustion sur des moteurs réels a été peu étudiée. Dans ce travail, une méthodologie de calcul basée sur des simulations aux grandes échelles de chambres de combustion couplées à une méthode analytique pour calculer le bruit de combustion dans une configuration réelle est évaluée. Cette chaîne de calcul nommée CONOCHAIN est comparée aux résultats expérimentaux analysés dans cette thèse et issus du projet TEENI (projet européen FP7) où un moteur complet TURBOMECA a été instrumenté pour identifier les sources de bruits large-bandes. Dans un premier temps, un secteur de la chambre TEENI est calculée pour deux points de fonctionnements expérimentaux. Ensuite, la chambre annulaire complète est simulée au point de fonctionnement maximal pour évaluer l'apport du champ aérodynamique complet sur la prédiction du bruit. Enfin, les niveaux de bruits direct et indirect sont calculés, à partir des fluctuations extraites des précédentes simulations en sortie de brûleur, dans les étages de turbines et comparés aux données expérimentalesThe growth of air traffic at the vicinity of areas at high population density imposes to make quieter aircrafts on aeronautical manufacturers.The engine noise is one of the major contributors to the overall sound levels. Furthermore, the combustion is known to be responsible for a broadband noise generation at low-frequency. The combustion noise can be put into two main mechanisms. The first one is the emission of sound pulses by the unsteady heat release of the combustion process and is called the direct combustion noise. The second one is the generation of acoustic waves within the turbine stages by the acceleration of the temperature inhomogeneities and vorticity waves induced by the combustion and the turbulent flow within the combustor. This noise is the indirect combustion noise. These mechanisms were fully investigated in academic cases using experimental, analytical and numerical approaches contrary to the combustion noise within real engines. In this work, a hybrid approach called CONOCHAIN and based on LES of combustion chamber and an analytical disk theory to compute the combustion noise in a real turboshaft engine is evaluated. The predicted noise levels are compared with the experimental results obtained from a TURBOMECA engine in the framework of TEENI project (European project FP7) and analysed in this work where a turboshaft engine was instrumented to locate and identify the broadband noise sources. Two LES of a single sector of the TEENI combustion chamber representative of two experimental operating points are performed as well as a LES of the full-scale combustor at high power. The unsteady fields provided by the LES are used to compute direct and indirect combustion noise within the turbine stages in both cases and compared with the experimental results
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Mazur, Marek. "Etude expérimentale du bruit de combustion dans un foyer de type aéronautique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC034/document.
Анотація:
Le bruit de combustion est devenu un contributeur de plus en plus important dans le bruit total de moteur d'avion. Ce bruit global a deux composantes: Le bruit direct et le bruit indirect. Le premier est issu des fluctuations de dégagement de chaleur dans la flamme elle-même. Le deuxième a pour origine les inhomogénéités de température dans les gaz brûlés. L'objectif de ce travail est la conception d'un banc de combustion sous pression avec une flamme pauvre, prémélangée swirlée dont les paramètres d'injection permettront d'obtenir des grandes quantités de bruit indirect.Il est nécessaire de caractériser ce banc et d'établir quelle est la part du bruit direct et de l'indirect afin d'identifier les sources de ces contributions. Pour cette caractérisation il est nécessaire d'utiliser différents diagnostics, de prendre en compte la résolution temporelle. Ces diagnostics à haute cadence permettent de caractériser les champs de vitesse et les dynamiques de flamme, les instabilités de combustion dans le système et ainsi évaluer les contributions du bruit direct et indirectCombustion noise has become an increasing contributor of overall aircraft engine noise. It consists of two major parts, direct and indirect combustion noise. The former is generated by the heat release fluctuations of the flame itself. The latter is generated by the temperature inhomogeneities in the burnt gases, which are accelerated in the turbine stages or nozzle following the combustion chamber.The aim of this work is to design and build a pressurized lean swirling combustor test bench, in order to quantify the two contributions.The combustor is thus supposed to generate high quantities of indirect combustion noise. The second aim is then to determine the contributions of direct and indirect combustion noise quantitatively and to gain insight about the sources of the two contributions. These analyses are conducted by different high-speed diagnostics, which were worked on during this work. These diagnostics allow to characterize the flow fields and flame dynamics, to put forward the combustion instability in the system and finally to quantify the direct and indirect combustion noise contributions
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Porta, Mauro Poinsot Thierry. "Développement, vérification des outils LES pour l'étude du bruit de combustion et de l'interaction combustion / acoustique / turbulence." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000507.
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Tao, Wenjie. "Time resolved temperature and pressure based methodology for direct and indirect combustion noise separation." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC009/document.
Анотація:
L’objectif de la thèse est le développement d'une stratégie pour quantifier expérimentalement le bruit indirect et le séparer du bruit direct, puisque le bruit direct et indirect co-existent dans la plupart des applications. La configuration retenue pour l'étude est un banc expérimental avec une tuyère et la stratégie proposée a pour l’objectif de mesurer les fonctions de transfert de la tuyère. Le premier chapitre définit les fonctions de transfert de la tuyère utilisée dans l'étude comme référence pour la validation de la stratégie. Le deuxième chapitre présente une configuration originale qui génère simultanément le bruit direct et indirect sans introduire la combustion. Le troisième chapitre détaille les méthodes pour évaluer les ondes acoustiques et d'entropie à partir des mesures de température et de pression. Le quatrième chapitre termine la première partie de la thèse en décrivant la stratégie avant de la tester avec les signaux expérimentaux et numériques de haute fidélité. La deuxième partie se concentre sur l'utilisation de la stratégie dans les simulations à grandes échelles d'un brûleur à combustion turbulente. Les simulations sont validées par des données expérimentales tandis que les signaux sont traités à quantifier le bruit direct et indirect de combustion dans la chambreThe objective of the thesis is the development of a practical strategy to quantify experimentally indirect noise and to discriminate it from direct noise as they co-exist in most practical conditions. The configuration retained for the study is a test bench with a nozzle and the proposed the strategy relies on nozzle transfer functions. The first chapter defines the nozzle transfer functions used in the study as references for the validation of the strategy. The second chapter introduces an original setup that generates simultaneously direct and indirect noise without handling combustion. The third chapter details the methods to evaluate the acoustic and entropy waves from raw temperature and pressure signals. The fourth chapter closes the first part of the study by describing the strategy then testing it on high-fidelity simulation and experimental signals. The second part focuses on the use of the strategy in Large Eddy Simulations of a turbulent combustion test bench. Simulations are validated by experimental data then raw signals are processed to quantify the direct and indirect noise sources as well as the direct and indirect noise contributions
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Porta, Mauro. "Développement, vérification des outils LES pour l'étude du bruit de combustion et de l'interaction combustion / acoustique / turbulence." Toulouse, INPT, 2007. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000507/.
Анотація:
Dans ce travail on s'intéresse à la Simulation aux Grandes Échelles (LES en anglais) des instabilités de combustion dans les brûleurs industriels et plus particulièrement à la qualité des résultats que l'on peut obtenir avec cette approche. On vérifie d'abord la capacité d'AVBP, le code de LES du CERFACS, à calculer exactement des configurations simples impliquant seulement un phénomène physique (turbulence, acoustique ou combustion). Des cas test académiques réactifs et non-réactifs, pour lesquels les solutions analytiques sont connues, sont présentés, en mettant praticulièrement en évidence l'influence de la discrétisation numérique et son interaction avec les conditions-limites. Puis, ayant démontré la validité et le bon fonctionnement de l'outil LES, les résultats d'un calcul d'instabilités autoentretenues d'un brûleur de laboratoire sont exposésThis work is about the Large Eddy Simulation (LES) of combustion instabilities in industrial burners and, in particular, the assessment of the quality of the results that can be obtained with this approach. The ability of the LES code AVBP of CERFACS to accurately compute simple configurations involving only one physical phenomenon (turbulence, acoustics or combustion) is firstly verified. Reactive and non-reactive academical test cases, for which the analytical solutions are known, are presented putting special emphasis on the influence of the numerical discretization and on its interaction with boundary conditions. Then, having gained confidence in the LES tool, the results obtained from a self-excited computation of a lab-scale burner are shown
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Duran, Garcia-Rama Ignacio Luis. "Prediction of combustion noise in modern aero engines combining large eddy simulations and analytical methods." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0138.
Анотація:
La contribution relative du bruit de combustion au bruit global des moteurs aéronautiques augmente progressivement dû d'un coté à la réduction des autres sources et d'un autre à l'implémentation des nouvelles technologies de chambre de combustion pour la réduction des émissions de NOx. Deux mécanismes sont responsables de cette source de bruit : d'abord le bruit direct, dû aux ondes acoustiques générées par la flamme qui se propagent à la sortie du moteur d'avion, et ensuite le bruit indirect, généré par les ondes d'entropie quand elles sont accélérées et ralenties dans les étages de turbine. Dans ce travail, les modèles analytiques utilisés pour la propagation des ondes à travers les flux non-homogènes, y compris la génération de bruit indirect, sont révisés et étendus. Tout d'abord, le cas quasi-1D est étudié: la méthode analytique est étendue pour les fréquences non nulles et validée avec des méthodes numériques et des données expérimentales. Dans la seconde partie, la méthode analytique 2D dans le cas d'aubes de turbines compactes est étudiée et validée à l'aide de simulations numériques d'un rotor et d'un étage de turbine complète. Enfin, ces modèles sont combinés avec des simulations aux grandes échelles réactives et compressibles de chambres de combustion pour construire une approche hybride appelée CHORUS capable de prédire le bruit de combustionCombustion noise is increasing its relative contribution to aircraft noise, while other sources are being reduced and new low-NOx emission combustion chambers being built. Two mechanisms are responsible for this noise source: direct noise in which acoustic waves are generated by the flame and propagate to the outlet of the aero-engine, and indirect noise, where entropy waves generate noise as they are accelerated and decelerated in the turbine stages. In this work the analytical models used for the propagation of waves through non-homogeneous flows, including the generation of indirect noise, are revised and extended. In the first part, the quasi-1D case is studied, extending the analytical method to non-zero frequencies and validating the results with numerical methods and experimental data. In the second part, the 2D method for the case of compact turbine blades is studied and validated using numerical simulations of a rotating blade and of a complete turbine stage. Finally, in the third part of this thesis, these models are combined with reactive and compressible Large Eddy Simulations (LES) of combustion chambers to build a hybrid approach, named CHORUS, able to predict combustion noise
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Pruvost, L. "Extraction du bruit de combustion d'un moteur Diesel. Développement et application d'un spectrofiltre." Phd thesis, INSA de Lyon, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00429987.
Анотація:
Cette thèse porte sur la validation et l'application d'un spectrofiltre pour séparer le bruit de combustion et le bruit mécanique d'un moteur Diesel. Le spectrofiltre est un estimateur de fonction de transfert. Dans le contexte de notre étude, il estime les transferts vibroacoustiques des forces de combustion entre les cylindres du moteur et le point d'écoute. Le spectrofiltre s'obtient à partir des pressions-cylindre et du bruit rayonné par le moteur. La méthode que nous examinons est une application de la théorie de la cyclostationnarité. Elle consiste à calculer le spectrofiltre à partir de la partie aléatoire des signaux. L'intérêt de cette méthode est de fortement réduire une erreur provenant de la cohérence entre la combustion et les sources de bruit mécanique. Cette méthode est d'abord justifiée sur la base d'arguments théoriques, et formalisée de façon à mettre en évidence ses avantages et ses inconvénients. Elle est ensuite validée par deux expériences numériques et une expérience en conditions réelles. Elle est finalement appliquée à l'étude des transferts vibroacoustiques des forces de combustion, et de la composition du bruit du moteur, relativement au point de fonctionnement (régime, charge, et teneur en GTL du carburant).
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Pruvost, Laurent. "Extraction du bruit de combustion d'un moteur Diesel. Développement et application d'un spectrofiltre." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0054/these.pdf.
Анотація:
Cette thèse porte sur la validation et l'application d'un spectrofiltre pour séparer le bruit de combustion et le bruit mécanique d'un moteur Diesel. Le spectrofiltre est un estimateur de fonction de transfert. Dans le contexte de notre étude, il estime les transferts vibroacoustiques des forces de combustion entre les cylindres du moteur et le point d'écoute. Le spectrofiltre s'obtient à partir des pressions-cylindre et du bruit rayonné par le moteur. La méthode que nous examinons est une application de la théorie de la cyclostationnarité. Elle consiste à calculer le spectrofiltre à partir de la partie aléatoire des signaux. L'intérêt de cette méthode est de fortement réduire une erreur provenant de la cohérence entre la combustion et les sources de bruit mécanique. Cette méthode est d'abord justifiée sur la base d'arguments théoriques, et formalisée de façon à mettre en évidence ses avantages et ses inconvénients. Elle est ensuite validée par deux expériences numériques et une expérience en conditions réelles. Elle est finalement appliquée à l'étude des transferts vibroacoustiques des forces de combustion, et de la composition du bruit du moteur, relativement au point de fonctionnement (régime, charge, et teneur en GTL du carburant)This PhD dissertation tackles the validation and application of a spectrofilter to separate the combustion and mechanical noises of a diesel engine. The spectrofilter is a transfer function estimate. In the present study's context, it estimates the vibroacoustic transfers of the combustion forces from the engine's cylinders to the listening spot. The spectrofilter is computed upon the in-cylinder pressure and engine noise signals. The method under study is an application of the cyclostationnarity theory. It consists in computing the spectrofilter upon the non-deterministic part of the signals. The point of this method is to reduce the error stemming from the correlation between combustion and mechanical sources. First, this method is argued on a theoretical basis and formalized so as to underline its advantages and drawbacks. Then, it is validated by various experimental results. Finally, the method is applied to estimate both the vibroacoustic transfers of combustion forces and the composition of the engine noise, as well as their variations with running condition (running speed, load and fuel's GTL content)
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Becerril, Aguirre Cesar. "Simulation of noise emitted by a reactive flow." Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0067/document.
Анотація:
Le bruit émis par les nouvelles architectures de moteurs aéronautiques a été considérablement réduit dans les dernières années. Les différentes sources de bruit ont été identifiées et pour la plupart réduites. Cependant, la contribution relative du bruit de combustion au bruit global a augmenté progressivement avec la décroissance des autres sources. Deux mécanismes de génération de bruit de combustion ont été identifiés : le bruit direct qui est produit par des fluctuations du dégagement de chaleur dû à la combustion, et le bruit indirect qui est généré par l’accélération des spots d’entropie. Dans ce travail, les mécanismes de génération et propagation du bruit entropique sont étudiés par des simulations numériques aux grandes échelles (en anglais LES) et par des modèles analytiques. Dans un premier temps, une configuration simplifiée du phénomène est étudiée : des spots d’entropie sont créés par des résistances chauffantes et ensuite accélérés par une tuyère pour générer du bruit indirect. Cette configuration a été simulée et ses résultats validés par des campagnes expérimentales. Ensuite, la simulation numérique est utilisée pour mieux comprendre les mécanismes de génération du bruit indirect et ses interactions avec des effets visqueux et non visqueux. Dans une seconde partie, une configuration de turbine haute pression à un seul étage est utilisée pour étudier le bruit indirect d’une façon plus réaliste. Dans les deux parties de cette thèse, les résultats numériques sont comparés à des théories analytiques pour mieux comprendre les avantages et inconvénients d’une méthode par rapport à l’autreCombustion noise is increasing its relative contribution to aircraft noise, while other sources are being reduced and new low-NOx emission combustion chambers being built. Two mechanisms are responsible for this noise source: direct noise in which acoustic waves are generated by the flame and propagate to the outlet of the aero-engine, and indirect noise, where entropy waves generate noise as they are accelerated and decelerated in the turbine stages. In this work, the analytical models used for the propagation of waves through non-homogeneous flows, including the generation of indirect noise, are revised and extended. In the first part, the quasi-1D case is studied, extending the analytical method to non-zero frequencies and validating the results with numerical methods and experimental data. In the second part, the 2D method for the case of compact turbine blades is studied and validated using numerical simulations of a rotating blade and of a complete turbine stage. Finally, in the third part of this thesis, these models are combined with reactive and compressible Large Eddy Simulations (LES) of combustion chambers to build a hybrid approach, named CHORUS, able to predict combustion noise
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Férand, Mélissa. "Far-field combustion noise modeling of turbofan engine." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0007.
Анотація:
Depuis l'introduction du moteur à réaction pour la propulsion des avions dans les années 1950, l'acoustique est devenue d'un grand intérêt pour l'industrie du moteur. Alors que les turboréacteurs initiaux étaient dominés par le bruit de jet, l'introduction du moteur à turbofan dans les années 1960 a permis d'atténuer le bruit de jet, mais a introduit le bruit de soufflante. Dans les années 1970, grâce à de nouvelles conceptions avancées pour la réduction du bruit, une réduction majeure du bruit des avions s'en est suivie et la contribution du bruit de combustion a été remise en question. En effet, une réglementation plus restrictive du bruit pourrait exiger que le bruit de fan et de jet soient réduits au point où une réduction du bruit de combustion devienne également nécessaire. En outre, la conception des chambres de combustion est pilotée uniquement par la restriction des polluants chimiques produits par la combustion, l'efficacité et la consommation. L'impact de ces nouveaux concepts sur le bruit de combustion n'est actuellement pas une contrainte prise en compte lors de la conception. Avant d'envisager de réduire le bruit de combustion, il faut d'abord en comprendre les différents mécanismes. Cependant, proposer une méthode de prédiction pour le bruit de combustion n'est pas une tâche facile en raison des multiples interactions physiques impliquées lors des processus de combustion. De nombreuses expériences existent pour évaluer le bruit de combustion causé par les flammes ou des chambres de combustion simplifiées. Cependant, seuls quelques-uns considèrent le chemin de propagation complet du bruit de combustion provenant d'un moteur, car il est difficile d'isoler cette source acoustique du bruit des autres modules du moteur. Les méthodes empiriques basées sur des extrapolations et des simplifications sont souvent utilisées pour prédire le bruit de combustion des moteurs aéronautiques. De nombreuses analogies acoustiques ont également été dérivées à partir de Lighthill. Les travaux de cette thèse proposent d'étudier le bruit de combustion provenant d'un moteur d'avion à l'aide d'une chaine de calcul traitant différents modules de la génération du bruit de combustion à sa propagation en champ lointain. Ils mettent en évidence l'importance du bruit de combustion pour différents points de fonctionnement. Les mécanismes générateurs du bruit seront identifiés dans la chambre de combustion. Le rôle de la turbine en tant qu'atténuateur le bruit et générateur de bruit indirect sera évalué ainsi que la propagation en champ lointain en considérant des milieux inhomogènes. Enfin, uns stratégie alternative sera également proposée afin de considérer l'interaction entre le bruit de combustion et le bruit de jet. Pour se faire des LES de jet forcé par le bruit de combustion seront réalisées. Une nouvelle approche sera proposée à partir de ces résultats qui semblent montrer que le bruit de combustion a un impact sur la turbulence du jetSince the introduction of jet engine for aircraft propulsion in the 1950's, acoustics has become of great interest to the engine industry. While the initial turbojets were jet noise dominated, the introduction of turbofan engine in the 1960's gave relief in jet noise, but introduced fan noise. In the 1970's, with advanced noise reduction design features which provided a major reduction in aircraft noise, combustion noise became an interrogation. Indeed, more restrictive noise regulations could require that noise from the fan and jet be reduced to the point where combustion noise reduction may be required. Moreover, burner designs is controlled solely by the restriction of chemical pollutants produced by combustion, efficiency and consumption. The impact of these new concepts on combustion noise is not a strong constraint for design. Before considering to reduce combustion noise, it is necessary to first understand the different mechanisms. However, proposing a prediction method for combustion noise is not an easy task due to the multiple physical interactions involved during the combustion processes. Many experiments exist to evaluate the combustion noise from flames or combustion test rig. However, only a few include the complete propagation path of combustion noise within an engine device as it is difficult to isolate this acoustic source from the noise of the other engine modules. Empirical methods based on extrapolations and simplifications are often used for the prediction of combustion noise within modern aero-engines. Numerous acoustic analogies have also been derived from Lighthill. The work of this thesis proposes to study the combustion noise coming from an aircraft engine using a computational chain treating different modules from the generation of combustion noise to its propagation in far field. The importance of combustion noise for different operating points is highlighted. The noise-generating mechanisms will be identified in the combustion chamber. The role of the turbine as a noise attenuator and indirect noise generator will be evaluated as well as the far-field propagation considering inhomogeneous fields. Finally, an alternative strategy will also be proposed in order to consider the interaction between combustion noise and jet noise. To do so, LES of jet flow forced with combustion noise will be performed. A new approach will be proposed based on these results which seem to show that the combustion noise has an impact on the turbulence of the jet
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Silva, Camilo F. "Numerical study of combustion noise in gas turbines." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20240/document.
Анотація:
La recherche en bruit de combustion est de nos jours majoritairement consacrée au développement d'outils de calcul du bruit rayonné par les flammes. Les méthodes actuelles de CFD telles que la LES ou la DNS sont capables de fournir le champ acoustique rayonné par des sources de bruit, mais elles sont cependant limitées à des domaines de faible taille, ceci dû à leur fort coût de calcul. Pour surmonter cette limitation, on a vu l'émergence de méthodes hybrides. Dans cette approche, les sources de bruit sont découplées du son rayonné. Les sources sont alors calculées par les méthodes de DNS et de LES tandis que l'analogie acoustique permet de calculer le son rayonné par des codes acoustiques, moins coûteux en temps de calcul.L'objet de cette étude est de développer un outil numérique sur la base de l'analogie acoustique de Phillips pour de faibles nombres de Mach. Il permet de prendre en compte l'impact des conditions limites sur le champ acoustique résultant. La LES et le code de calcul acoustique développé ont été utilisés pour évaluer le bruit produit par une flamme turbulente confinée. Les deux techniques donnent des résultats en accord tant que les bonnes quantités sont comparées: il a été observé que le signal de pression obtenu directement à partir de la LES contient une quantité non négligeable d'hydrodynamique, laquelle doit être négligée si on cherche à comparer seulement les champs acoustiques issus des deux codes.L'hypothèse d'un nombre de Mach faible est totalement réaliste si l'on considère l'écoulement présent dans une chambre de combustion. Elle conduit à des simplifications significatives lorsque les analogies acoustiques sont considérées. Cependant, cette hypothèse ne peut pas être utilisée pour l'écoulement en amont (entrée d'air, compresseur) ni en aval (turbine, tuyère) des chambres de combustion aéronautiques. Un outil numérique a été développé pour pallier ce problème. Il est basé sur les équations d'Euler Quasi-1D, qui prennent en compte des écoulements convectifs, non isentropiques et non isenthalpiques. Cet outil permet d'estimer les conditions limites acoustiques qui doivent être imposées sur les entrées/sorties d'une chambre de combustion pour prendre en compte la présence d'un écoulement de nombre de Mach non négligeable, alors que les calculs acoustiques sont eux effectués sous cette hypothèse fortement restrictiveToday, much of the current effort in combustion noise is the development of efficient numerical tools to calculate the noise radiated by flames. Although unsteady CFD methods such as LES or DNS can directly provide the acoustic field radiated by noise sources, this evaluation is limited to small domains due to high computational costs. Hybrid methods have been developed to overcome this limitation. In these schemes, the noise sources are decoupled from the radiated sound. The sources are still calculated by DNS or LES codes whereas the radiated sound is evaluated by acoustic codes using an acoustic analogy.In the present study, a numerical tool based on the Phllips' analogy for low Mach numbers flows has been developed. This tool accounts for the role of the boundary conditions in the resulting acoustic field. Both LES and the acoustic code developed here are used to assess the noise produced by a turbulent confined flame of a turbulent swirled-stabilized staged combustor. Good agreements are obtained between both techniques as long as the good quantities are compared: the pressure signal obtained directly from LES contains a non negligible amount of hydrodynamics that must be removed when a suitable acoustics-acoustics comparison is sought. The low Mach number assumption is completely realistic when considering the flow within a combustion chamber; it also conducts to considerable simplifications when leading with acoustic analogies. However, it cannot be used for the upstream (air-intake, compressors) and downstream (turbines, nozzle) of an aeronautical combustion chamber. A numerical tool is developed based on the quasi-1D Linearized Euler Equations in order to account for convective, non-isentropic and non-isenthalpic flows. By means of this tool, it is possible to estimate the acoustic boundary conditions that should be imposed at the inlet/oultlet of a given combustion chamber when performing low-Mach number acoustic computations
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Zheng, Jun. "Étude analytique et numérique du bruit de combustion indirect généré par l'injection d'ondes entropiques dans une tuyère." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC070/document.
Анотація:
Avec la réduction du bruit de jet et de soufflante dans les moteurs aéronautiques modernes, la contribution relative du bruit de combustion (BC) a augmenté de manière significative au cours des dernières décennies. Deux mécanismes ont été identifiés comme étant du BC dans les années 70 : le bruit de combustion direct (BCD) et le bruit de combustion indirect (BCI). Le coeurde la thèse est axé sur le BCI avec le développement d’un modèle semi-analytique 2D axisymétrique prenant en compte la distorsion des ondes entropiques afin de prédire le BCI dans des écoulements de tuyère. L’état de l’art réalisé dans le premier chapitre met en évidence la nécessité d’améliorer la prédiction du BCI des modèles 1D en introduisant la distorsion radiale des ondes entropiques dans la tuyère. Le second chapitre du manuscrit détaille les outils disponibles à l’ONERA pour l’étude du BCI. Le modèle 2D est développé dans le troisième chapitre où les équations d’Euler sont réécritesen 2D pour la partie entropique et en 1D pour les perturbations acoustiques. Le quatrième chapitre décrit les simulations numériques réalisées pendant la thèse sur la configuration retenue (la tuyère DISCERN) : un calcul RANS et deux simulations des grandes échelles (SGE) sont effectués respectivementpour l’utilisation et la validation du modèle 2D. Dans le dernier chapitre, l’application du nouveau modèle utilisant le champ moyen RANS est accompli, les résultats sont comparés au modèle 1D et validés par confrontation avec les prédictions SGEDue to the reduction of jet mixing noise and fan noise in modern aero engines, the relative contribution of combustion noise (CN) has significantly increased over the last few decades. Two mechanisms have been identified as CN in the 70’s: direct combustion noise (DCN) and indirect combustion noise (ICN). A focus is made on the ICN in this thesis with the development of a twodimensionalaxisymmetric semi-analytical model taking into account the distortion of the entropy waves in order to predict the ICN for nozzle flows. The state of the art performed in the first chapter highlights the necessity to improve the prediction of ICN of 1D models by introducing the radial distortion of the entropy waves inside the nozzle. The second chapter of the manuscript details the ONERA’s tools for studying ICN. The 2D model is developed in the third chapter where the Euler equations are rewritten in 2D formfor the entropic part while acoustic perturbations are considered to be 1D. The fourth chapter describes the numerical computations performed during the thesis onthe retained configuration (the DISCERN nozzle): a RANS and two large eddy simulations (LES) are carried out respectively for the use and the validation of the 2D model. In the last chapter, the application of the new model using the RANS meanfield is performed, the results are compared tothe 1D model and validated by confrontation with the LES predictions
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Lamraoui, Ammar. "Acoustique et dynamique de flamme dans un foyer turbulent prémélangé swirlé : application à l'étude du bruit de combustion dans les chambres de turbines à gaz." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678248.
Анотація:
La réduction des émissions de polluants et l'augmentation du rendement des moteurs ont conduit à une large utilisation de régimes de combustion pauvres en carburant dans les foyers de type moteurs aéronautiques et turbines à gaz. Des phénomènes de bruit et d'instabilités de combustion peuvent alors apparaître. Des fluctuations cycliques auto-entretenues de la pression au sein d'un foyer peuvent conduire à une limitation des régimes de fonctionnement ou une usure rapide et indésirable des installations et dans certains cas une destruction du système. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier les mécanismes responsables du bruit de combustion et des instabilités dans un foyer turbulent prémélangé swirlé. L'étude repose sur une analyse du champ de pression au sein du foyer, de la dynamique de la combustion et une caractérisation détaillée des conditions limites en amont, aval et dans les lignes d'alimentation en combustible et en comburant. Le banc expérimental CESAM ("Combustion Étagée Swirlée Acoustiquement Maîtrisée") est utilisé au cours de ce travail. Basée sur des observations expérimentales, une étude théorique de l'acoustique du foyer est tout d'abord réalisée grâce à un modèle à deux cavités couplées qui modélisent le tube de prémélange et la chambre de combustion de ce banc. Les fréquences et les structures spatiales des modes propres du foyer sont examinées, et des comparaisons sont menées avec les résultats expérimentaux. La condition limite au fond du tube de prémélange est mesurée, et utilisée comme entrée dans le modèle. L'effet de cette condition sur la prévision des fréquences des modes propres est examiné. Par la suite, le code de calcul AVSP est utilisé pour valider les résultats obtenus avec le modèle couplé. L'interaction entre ces modes acoustiques et la flamme est mise en évidence en caractérisant la dynamique de l'écoulement réactif. La vélocimétrie par images de particules (PIV) à haute cadence est utilisée. Une première étude est menée sur les champs de vitesse moyens et fluctuants puis on s'intéresse à l'analyse spectrale des champs de vitesse instantanés, rendue possible par la haute cadence du diagnostic. Un post-traitement faisant intervenir une méthode de détection des tourbillons est ensuite mis en oeuvre en utilisant le critère _2. Des structures cohérentes sont convectées le long du front de flamme à la fréquence du second mode instable du foyer. Le chapitre précédent ayant permis de montrer que ce mode acoustique était essentiellement associé au tube de prémélange, le mécanisme de couplage est clairement identifié. Par la suite, un traitement en moyenne de phase est appliqué aux champs de vitesse axiale. Des mouvements de battements des bras de la flamme dans les directions longitudinale et transverse sont mis en évidence aux fréquences des modes instables. L'émission naturelle de la flamme est également mesurée avec une caméra rapide. Une analyse spectrale et un traitement en moyenne phase avec transformée d'Abel sont appliqués aux images pour caractériser les régions de la flamme présentant une forte réponse aux fréquences des modes acoustiques du foyer. Les mécanismes à l'origine du bruit sont analysés en corrélant les mesures optiques et acoustiques. Au cours de cette étude, des fonctions de transfert de flamme FTF sont également caractérisées aux fréquences des modes propres du foyer, liant perturbations amont et réponse de flamme. La vitesse acoustique est reconstruite dans le tube de prémélange à partir des mesures des microphones. La FTF est calculée grâce aux mesures de vitesse par PIV, à l'émission des radicaux OH* et CH* et à l'émission naturelle de la flamme obtenue par caméra rapide. La caractérisation et la modélisation du système composé du tube de prémélange et de la chambre de combustion montrent qu'il est nécessaire de s'intéresser à l'influence des conditions aux limites sur les propriétés de la flamme et la stabilité du brûleur.
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Renard, Cyril. "Atténuation de structure et bruit de combustion : contribution à l'expertise NVH sur les moteurs Diesel." Le Mans, 2005. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2005/2005LEMA1012.pdf.
Анотація:
La sévérisation des normes internationales et la demande croissante de qualité et de confort exprimée par la clientèle poussent les constructeurs automobiles à se préoccuper de plus en plus de la mise au point vibroacoustique de leurs Groupes Moto-Propulseurs (GMP). Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des recherches sur l'optimisation vibroacoustique des GMP et plus particulièrement sur leurs propriétés intrinseques de dissipation de l'energie de l'excitation provenant de la combustion du melange air/carburant : l'attenuation de structure. L'objectif consiste à developper et mettre en oeuvre une nouvelle methodologie de calcul de l'attenuation de structure des moteurs Diesel prenant en compte les contraintes industrielles de temps et de moyens afin qu'elle puisse etre integree dans le processus de conception des GMP. L'enjeu est de taille car il permettra à terme de concevoir des GMP acoustiquement bons dans leurs “genes”. Dans un premier temps, l'etude de la litterature permet dedecrire les mecanismes de transmission de l'energie de combustion. Une première experience basee sur l'analyse de la coherence entre les signaux de pression mesures dans la chambre de combustion et des mesures accelerométriques sur la surface du carter cylindres aboutit à la hiérarchisation des differentes voies de transfert. Les limites de cette approche sont cependant atteintes du fait de la multiplicité des sources en cause et du comportement fortement non-lineaire de la structure dans les cas de forte charge. Les travaux s'orientent alors vers une experience visant à discriminer deux sources preponderantes dans la signature sonore du moteur Diesel : la combustion et le choc de piston. Une identification temporelle et frequentielle des deux sources est alors presentée pour differents points de la surface du carter cylindres. L'extension de cette technique au cas d'autres sources est ensuite abordée. Parallèlement, une modelisation de la principale voie de transmission (voie basse) de la combustion est proposée afin d'etudier le comportement du contact vilebrequin/palier dans les cas de forte charge. Enfin, l'application d'une technique ayant ses origines dans le traitement des images, le filtre de Wiener, permet de determiner les contributions respectives de differentes sources connues a priori. Après une phase de validation du processus d'extraction de sources sur des signaux accelérométriques, la technique est appliquée à des signaux acoustiques. Le bruit de combustion – contribution de la combustion au bruit total rayonné par le GMP- est déterminé et utilisé pour calculer l'attenuation de structure. La methodologie proposée présente un net avantage en termes de mobilisation des moyens d'essais et des prototypes - par rapport à celle jusqu'à présent en vigueur et sous-traitée à des sociétés specialisées. Une comparaison des resultats donnés selon les deux methodes valide la démarche mise en place, et les possibilités offertes par cette technique originale sont évoquées dans le cadre d'une démarche de qualité sonoreNowadays, the rise of international norms and customer's expectations have led on car manufacturers to optimize the vibroacoustic behaviour of their engines. This work focuses on the “structural attenuation” which represents the engines's intern dissipation properties of the combustion excitation. The aim is to develop a new structural attenuation calculation method with regards to industrial constraints. In the first part, the mecanisms of the combustion energy transmission described in the literature are analyzed using the coherence technique leading to the rankness of the different tranfer paths. Nevertheless, the diversity of the excitation sources and the strong non-linearity of the energy tranfer have limited this method. Then the following works tended to identify two main sources responsible for the Diesel engine noise signature in the time and in the frequency domains. Finally, the application of the Wiener filter theory has allowed us to determine the contribution of different known sources. A validation experimentation was performed on the vibration signals measured on the outer surface of the cylinder block in order to extract the contribution of the combustion source. As an application, the combustion noise was extracted from the radiated sound and used to assess the structural attenuation of the engine. The main benefit of this method lays on the experimentation time cost and the possibility of a sound design approach
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Renard, Cyril Pascal Jean-Claude Sahraoui Sohbi. "Atténuation de structure et bruit de combustion contribution à l'expertise NVH sur les moteurs Diesel /." [S.l.] : [s.n.], 2005. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2005/2005LEMA1012.pdf.
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Schubert, Gwenaëlle. "Caractérisation et modélisation du bruit de brûleur de chaudière gaz." Compiègne, 1997. http://www.theses.fr/1997COMP1002.
Анотація:
L'objectif de l'étude est la caractérisation et la modélisation du bruit de brûleur d'une chaudière atmosphérique. Une étude bibliographique donne des informations sur la création du bruit des flammes ainsi que sur des paramètres influençant le bruit de combustion. Le bruit de brûleur est composé d'une part du bruit de combustion et d'autre part d'un bruit aéraulique. Une étude expérimentale sur des brûleurs permet de vérifier que l'influence des paramètres tels que le type de combustible est en accord avec la bibliographie. Des règles d'évolution du bruit sont extraites des expériences menées sur trois types de brûleur et comparées aux expressions mathématiques, reliant la puissance acoustique aux paramètres de fonctionnement. La deuxième partie est une étude sur l'application des techniques d'identification et de localisation des sources. Aucune des techniques existantes n'est utilisable dans le cas de sources de bruit qui sont enfermées à l'intérieur d'une chambre de combustion. Une nouvelle méthode basée sur les techniques inverses a été développée afin de modéliser ces sources de bruit. Le principe de base se résume par un modèle d'un système à m entrées (sources) et n sorties (réponses). Les auto spectres et les inter spectres des n sorties sont mesurés à l'aide de microphones placés autour de la chaudière en fonctionnement. Les fonctions de réponse fréquentielle (F. R. F's) entre les points source dans les flammes et les points de sortie sont mesurées a l'aide d'une source monopolaire placée au point de sortie et plusieurs sondes microphoniques haute température. Ces sondes mesurent la pression engendrée dans les flammes par la source monopolaire et le calcul F. R. F's flamme - pression extérieure est effectué utilisant le principe de réciprocité. L'inversion de la matrice des F. R. F's est effectuée à l'aide de la décomposition des valeurs singulières. Cette matrice inversée et la matrice des réponses acoustiques aux n points de sortie nous permettent de remonter à un modèle spatial et spectral des sources de bruit. Une étude sur des sources connues est effectuée afin de vérifier que cette technique fonctionne dans le domaine acoustique. La technique est alors validée sur un brûleur et sa chambre de combustion puis sur une chaudière complète. La modélisation des sources acoustiques du brûleur est satisfaisante jusqu'a 2000 HzThe purpose of this study is to analyse and model the combustion noise of an atmospheric boiler. The bibliography gives information on the generation of noise by the flames as weil as the factors influencing combustion noise. The bumer noise is composed of combustion noise and gas flow noise. An experimental study on a real bumer permitted the effects of factors such as different types of fuel to be compared with those described in the bibliography. Rules defining the evolution of noise levels are extracted from the results obtained on three types of bumer and compared with the mathematical expressions relating acoustic power to the bumer parameters. The second section studies the application of techniques of identification and localisation of sources. N one of the existing techniques is adapted to sources in bumers which are enclosed in the combustion chamber. A new method based on inverse techniques was developed to identify and model these noise sources. The basic principle is that the bumer is modeiled by M sources or inputs and N responses or outputs. The spectra of the N responses are measured with microphones placed around the bumer during normal operation. The frequency response functions between the sources in the flames and the response signal are measured reciprocally using a monopole source at each output point and high temperature microphones at selected positions in the flames. The resulting frequency response function matrix is inverted using singular value decomposition techniques in order to calculate the spectra of the inputs from the measured response matrix. The technique was validated on known sources and burners before applying it to a boiler in real operating conditions. The model gives good results up to 2000 Hz
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Emmanuelli, Ariane. "Numerical simulation and modelling of entropy noise in nozzle and turbine stator flows." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC067.
Анотація:
L'étude du bruit de combustion est motivée par l'augmentation de sa contribution relative au bruit émis par les moteurs aéronautiques actuels, ainsi que par son impact sur la conception de chambres de combustion à basse émission de NOx. Le bruit entropique est une source de bruit de combustion indirect générée par l'accélération de perturbations entropiques à travers les tuyères et les étages de turbine à l'aval de la chambre de combustion. Cette étude porte sur la simulation numérique et la modélisation du bruit entropique à travers une tuyère et un stator de turbine. Dans un premier temps, le bruit entropique est simulé dans une tuyère avec un code CAA (Computational AeroAcoustics) afin de valider un modèle 2D existant sous des hypothèses similaires. Les niveaux de bruit entropique et de diffusion acoustique obtenus par les deux méthodes sont en accord. Leur comparaison au bruit estimé par des modèles compacts et 1D montre que les effets bi-dimensionnels sont significatifs. De plus, de la vorticité induite par l'accélération de perturbations entropiques est identifiée, mais celle-ci ne contribue pas significativement au bruit généré. Une géométrie de stator de turbine haute pression est ensuite étudiée en 2D. Le modèle pour les tuyères 2D est étendu à ces configurations, héritant de certaines de ses hypothèses. L'étude de celles-ci montre que l'impact de la vorticité et des variations azimutales des fluctuations acoustiques, négligées par le modèle, est significatif. Ces hypothèses devront être relaxées lors de développements futurs. Les calculs CAA permettent également de caractériser la génération de bruit entropique sous hypothèses simplificatrices avec à la fois des champs porteurs Euler et RANS. Une étude plus approfondie du cas RANS est nécessaire pour sa validation, ainsi que pour mieux comprendre le rôle de la couche limite dans la génération du bruit entropique. Enfin, un canal de stator est étudié par des calculs ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation) afin d'examiner les effets 3D et visqueux sur le bruit généré. La tri-dimensionnalité de l'écoulement est mise en évidence et les perturbations sont post-traitées en portant une attention particulière au filtrage des fluctuations hydrodynamiques et aux réflexions en parois. Les résultats obtenus par la CAA et la ZDES sont comparables, ce qui indique que la tri-dimensionnalité et la viscosité de l'écoulement ont un effet limité sur le bruit entropique généré dans un stator de turbineThe investigation of combustion noise is motivated by its growing relative contribution to the noise emitted by modern turbofan engines overall, as well as its effect on low NOx emission combustor design. Entropy noise is a source of indirect combustion noise, which is generated by the acceleration of heterogeneities, in this case entropy, downstream of the combustion chamber. This study consists of the investigation of entropy noise in nozzle and turbine stator flow using both analytical and numerical methods. Nozzle flow is considered first. A Computational AeroAcoustics (CAA) reference case is built for the validation of an existing two-dimensional semi-analytical model developed under similar assumptions. The levels of entropy noise and acoustic scattering estimated using both methods are in good agreement. Two-dimensional effects on entropy noise are highlighted, notably by comparison with compact and 1D models. In addition, vorticity induced by the acceleration of entropy noise is evidenced, but it yields negligible vortex sound. Next, the focus is shifted to a 2D high-pressure turbine stator. The 2D model for nozzle flow is extended to this configuration, inheriting some of its main assumptions. Their investigation, using CAA in particular, sets the path for future developments and allows insight to be gained into the role of both vorticity and azimuthal variation of acoustics, which are neglected by the model. CAA also allows to characterise entropy noise generation in 2D stator flow under simplifying assumptions, using Euler and RANS mean flows. Further investigation is needed to validate the RANS case and to fully understand the effect of boundary layers on entropy noise generation. Finally, entropy noise is simulated using Zonal Detached Eddy Simulation (ZDES) in a stator channel in order to investigate 3D and viscous effects on entropy noise. The three-dimensionality of the flow is highlighted and acoustic signals are carefully post-processed, ensuring hydrodynamic perturbations are correctly filtered and boundary reflections are minimised. The closeness of noise levels obtained using CAA and ZDES suggest three-dimensional and viscous effects have a limited impact on the entropy noise generated in turbine stator flow
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Noiray, Nicolas. "Analyse linéaire et non-linéaire des instabilités de combustion : application aux systèmes à injection multipoints et stratégies de contrôle." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2007. http://www.theses.fr/2007ECAP1049.
Анотація:
Cette thèse de doctorat s’organise autour de la problématique des instabilités de combustion, qui résultent d’un couplage résonant entre des flammes et l’acoustique d’un brûleur. Ce phénomène d’instabilité peut apparaître dans de nombreuses configurations industrielles. Il peut avoir des conséquences particulièrement sérieuses pour les installations (vibration des structures, extinction de flammes, intensification des flux de chaleur vers les parois, rayonnement sonore puissant) et dans des cas extrêmes conduire à l’endommagement d’éléments du système. Ce type de couplage a été largement étudié. Les travaux les plus récents concernent plus spécialement la dynamique de la combustion dans les foyers avancés de turbines à gaz. Les mécanismes élémentaires entrant en jeu sont maintenant bien connus. Il reste cependant beaucoup de questions fondamentales concernant les mécanismes de couplage, la saturation des oscillations conduisant aux cycles limites observés en pratique, les phénomènes de déclenchement non linéaire des instabilités, la commutation de modes apparaissant notamment au cour de transitoires. . . L’effort scientifique important, dans lequel s’inscrit cette thèse, est mené afin de mieux comprendre les phénomènes conduisant à des régimes de combustion instables, de développer des méthodes permettant la prévision des niveaux d’oscillation au cycle limite, et de trouver des solutions efficaces permettant d’empêcher leur apparition. L’étude est à la fois menée sur le plan expérimental et théorique et numérique. Les deux résultats majeurs de cette thèse sont : (1) L’analyse de stabilité non-linéaire, (2) la mise au point d'une nouvelle stratégie de contrôle passifCombustion instabilities induced by resonant acoustic-flame coupling occur in manypractical systems and cause severe difficulties and in extreme cases provoke failure or catastrophic damage. In most cases, the combustion process and the flow field are coupled by the system acoustic modes yielding strong oscillations of the flow and release of heat within the system. The problem has been extensively investigated over a number of years and a considerable amount of information has been gathered on the basic driving and coupling mechanisms. The present thesis aims at answering some of pending questions by combining systematic experiments, with theoretical modeling and numerical simulation. Theoretical developments are devised to model the physical phenomena encountered in the experimental layout. Numerical simulations are also used to complement the experimental and analytical work. The important results of this work are : (1) The nonlinear framework relying on the flame describing function (FDF). This constitutes a substantial progress in the understanding of mechanisms yielding limit cycles and of other nonlinear processes such as hysteresis or instability triggering, which are commonly observed in combustion applications. (2) the original passive control strategy which was developped and uses a dynamical phase converter (DPC) to reduce the sensitivity of the flame collection to incident perturbations (patent has been filed on this basis)
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Leyko, Matthieu. "Mise en œuvre et analyse de calculs aéroacoustiques de type SGE pour la prévision du bruit de chambres de combustion aéronautiques." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0082/document.
Анотація:
Une part importante du bruit généré par les moteurs d'avion est liée à la combustion. Afin de réduire cette source de bruit, une compréhension fine des phénomènes associés est nécessaire. Deux mécanismes générateurs de bruit, et ayant pour origine la combustion, ont été identifié dans les moteurs d'avions dans les années 1970: un premier mécanisme dit direct, qui est lié directement à un dégagement de chaleur instationnaire, et l'autre dit indirect qui est lié aux interactions entre les étages de turbine et les fluctuations de température en sortie de chambre, également produites par la combustion. Des méthodes analytiques et des simulations numériques sont utilisées ici à la fois pour montrer l'importance du bruit de combustion indirect par rapport au bruit direct, et pour donner des limites de validité des approches analytiques qui sont basées sur l'hypothèse de tuyère compacte. Trois configurations différentes sont étudiées dans un premier temps: une tuyère quasi-1-D, une tuyère axi-symétrique 2-D, ainsi qu'une aube de turbine 2-D. Finalement, un secteur de chambre de combustion 3-D réelle (SNECMA) est calculé à l'aide de la Simulation aux Grandes Echelles. Les fluctuations en sortie du brûleur sont utilisées pour évaluer le bruit total généré par la combustion (direct et indirect) à l'aide des approches analytiques précédemment étudiéesAn important part of the noise generated by aero-engines is caused by the combustion. To decrease this source of noise, a precise comprehension of the underlying phenomenon is required. Two different mechanisms generating noise in aero-engines because of the combustion have been identified in the 1970’s: the direct mechanism that is directly related to the unsteady heat release, and the indirect one that is caused by the interactions between the turbine stages and the temperature fluctuations also produced by the combustion. Analytical methods and numerical simulations are used here both to show the importance of the indirect combustion noise compared with the direct one, and to provide some validity limits of compact nozzles analytical approaches. Three different configurations dealing with indirect noise are investigated: quasi-1- D nozzle, axisymmetric 2-D nozzle and 2-D turbine blade. Finally, an actual 3-D combustion chamber sector (SNECMA) is addressed with Large-Eddy Simulation. Fluctuations at the outlet of the combustor are used to compute the overall noise caused by the combustion (direct and indirect), by means of the investigated analytical models
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Schuller, Thierry. "Mécanismes de couplage dans les interactions acoustiques-combustion." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00250137.
Анотація:
Cette thèse de doctorat traite des interactions entre des flammes et des perturbations de l'écoulement responsables d'une combustion cyclique auto-entretenue. Sur la base d'observations expérimentales, des modèles théoriques ou numériques de ces interactions sont proposés. Les prévisions des modèles sont confrontées à l'expérience. On montre que les fluctuations rapides de surface de flamme constituent des sources sonores puissantes. Ces sources sont caractérisées pour une flamme en interaction avec une paroi et pour une flamme présentant des éléments rapprochés du front qui interagissent entre eux. Ces interactions peuvent induire des instabilités de combustion. Ce phénomène est analysé en combinant la modélisation et la détermination expérimentale de certains paramètres de l'écoulement. La méthode développée permet de prévoir la carte de stabilité de brûleurs laminaires annulaires. La réponse des flammes à des modulations de l'écoulement est un élément clé dans l'analyse de la stabilité d'un foyer. On propose une étude théorique et une modélisation numérique de la dynamique des flammes de prémélange inclinées par rapport à l'écoulement, une situation fréquente dans l'industrie. Un modèle unifié est développé qui étend la validité des précédents modèles restreints aux basses fréquences à des perturbations convectives de l'écoulement. Les prévisions des modèles sont confrontées à des mesures pour des flammes coniques et des flammes stabilisées en ``V" sur un barreau. Le modèle unifié donne une représentation plus fidèle de la fonction de transfert des flammes coniques. Le cas des flammes en ``V" est moins bien représenté. Dans cette situation, l'interaction de la flamme avec la couche de mélange du jet réactif et du milieu ambiant joue un rôle déterminant. L'ensemble des observations, des modélisations et des méthodes d'analyse développées dans ce document permet une meilleure compréhension de situations pratiques plus complexes.
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Letaïef, Nathalie. "Distinction bruit/chaos apppliquée à l'étude d'un lit fluidisé bouillonnant." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES004.
Анотація:
Ce mémoire concerne l'étude des instabilités temporelles dans un lit fluidisé bouillonnant gaz-solide. Les outils de la dynamique des systèmes sont utilisés afin de pouvoir caractériser la fluidisation comme un processus non linéaire chaotique, ou le cas échéant de montrer qu'une telle caractérisation n'est pas possible. Du point de vue expérimental, deux grandeurs physiques ont été mesurées. La première est locale: la variable enregistrée est le temps d'apparition et de disparition des bulles en un point donné du lit. La deuxième est une approche semi-globale et consiste à mesurer latéralement les fluctuations de pression à un niveau donné dans l'installation. La complexité des séries temporelles expérimentales obtenues nous a amené à développer deux outils: le premier est une méthode de distinction bruit/chaos et repose sur la comparaison entre les signaux obtenus et des séries temporelles aléatoires. Le second consiste à chercher, au moyen de l'analyse de Hurst, si des corrélations à long terme sont présentes dans le signal. Nous avons montré que les mesures sont le résultat d'un processus aléatoire, ainsi que la persistance des comportements des fluctuations de pression, se traduisant par des corrélations temporelles à long terme, et permettant d'envisager dans le futur la modélisation du phénomène par un bruit fractionnaire gaussien
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Gazon, Matthieu. "Impact des caractéristiques de l'injection sur les processus à l'origine des fluctuations cycle à cycle du bruit de combustion d'un moteur diesel." Rouen, 2008. http://www.theses.fr/2008ROUES052.
Анотація:
Les normes en vigueur et les conditions environnementales actuelles poussent les constructeurs automobiles à se pencher en permanence sur le problème des émissions polluantes. Mais désormais, afin de maîtriser l’ensemble de notre environnement, les collectivités locales s’intéressent de plus en plus au problème des émissions sonores des véhicules. La problématique de cette étude fait suite à l’observation suivante sur un moteur Diesel : des fluctuations cycle à cycle importantes du bruit de combustion (se traduisant par une perception désagréable) peuvent se manifester à faible régime et faible charge. On comprend l’importance de ce problème quand on sait que ce type de fonctionnement du moteur est représentatif de la conduite en milieu urbain (arrêts multiples aux stops ou aux feux de circulation, circulation à vitesse réduite,. . . ). La démarche suivie avait pour objectif de répondre à la question suivante : des fluctuations au niveau du système d’injection peuvent-elles être responsables de fluctuations au niveau de la combustion et du bruit de combustion ? L’étude expérimentale présentée dans ce manuscrit repose sur deux types de dispositifs expérimentaux. Les expérimentations sur banc moteur ont permis une caractérisation de la combustion et du bruit de combustion. L’utilisation d’un banc d’injection a quant à elle permis d’effectuer une caractérisation du comportement du système d’injection dans des conditions proches des conditions moteur. Les expérimentations sur ce dernier banc ont abouti à la présentation d’un modèle caractérisant le comportement de la masse injectée et de ses fluctuations cycliques. Une caractérisation simultanée du système d’injection (mesures de l’activation des injecteurs, de la pression d’injection,. . . ) et du processus de combustion à travers la pression cylindre (taux de dégagement de chaleur, bruit de combustion,. . . ) a été menée. Le modèle d’estimation de la masse injectée qui se base sur des paramètres communs aux deux types de banc a pu être appliqué aux données acquises sur banc moteur. Il constitue en effet le lien entre les deux types d’expérimentation. Pour le moteur choisi pour cette étude, il s’est avéré que les résultats obtenus montrent que le lien entre les fluctuations du bruit de combustion et du système d’injection s’il existe, reste faibleDue to the actual standards and environmental conditions, the car manufacturers have to think about the problem of pollutant emissions. But, to better control the environment, the local authorities are more and more interested in the acoustic emissions of vehicles. The problematic of this study is based on an observation made on a Diesel engine : important cycleto-cycle fluctuations (leading to unpleasant perception) can appear at low engine speed and low charge (brake mean effective pressure). This is a significant problem since such engine operating conditions are representative of the urban driving (repetitive stops, low-speed circulation,. . . ). This study has been made to try to answer the question : are fluctuations in injection system responsible for fluctuations in the combustion and in the combustion noise ? The experimental study presented here is based on two experimental devices. Experiments conducted on an engine test-bench allowed to characterize the combustion and the combustion noise. An injection test-bench was also used to characterize the injection system behavior in conditions close to the engine ones. The experiments on this setup led to a model for the determination of the injected fuel mass and its cyclic fluctuations. A simultaneous characterization of the injection system (injector command, injection pressure,. . . ) and of the combustion process (cylinder pressure, rate of heat release, combustion noise,. . . ) was conducted. The model for the injected fuel mass estimation has been applied to the data acquired on the engine test-bench. For the studied engine, the results show that the link between the combustion noise and the injection system if it exists, remains weak
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Truffaut, Jean-Marie. "Étude expérimentale de l'origine du bruit émis par les flammes de chalumeaux." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011688.
Анотація:
Le bruit émis par les flammes de chalumeaux dépasse couramment 85 dBa. Son origine et les moyens à mettre en oeuvre pour le réduire sont étudiés dans cette thèse. La flamme d'un chalumeau alimente en propane-oxygène est caractérisée par une analyse quantitative de sa chimiluminescence, sa pression acoustique en champ libre, les vitesses d'écoulement et un traitement d'images numériques. La turbulence de l'écoulement est beaucoup trop faible pour expliquer l'intensité du bruit. Deux mécanismes d'émission sonore originaux sont identifies : les variations de surface de flamme liées a l'instabilité de darrieus-landau et la combustion quasi-homogène de petits volumes de gaz frais formes lors du détachement de poches en bout de flamme. L'instabilité de darrieus-landau dans cette configuration de flamme accrochée est étudiée sur un brûleur modèle. Une flamme laminaire est stabilisée sur un brûleur a fente et un champ électrique crée des perturbations d'amplitude et de longueur d'onde contrôlées a sa base. Ces perturbations sont convectées a la vitesse de l'écoulement et leur amplitude croit exponentiellement. La dépendance du taux de croissance temporel en fonction du nombre d'onde est correctement prédite par l'étude de stabilité linéaire des flammes planes libres. Les nombres de Markstein fournis indirectement par cette analyse diminuent avec la richesse et augmentent avec la concentration en oxygène. Le seuil d'apparition des poches et la variation du bruit associent leur formation en fonction de l'amplitude des structures sont correctement prédits par un modèle géométrique simple. Au terme de cette étude, nous avons obtenu une réduction de 20 db du bruit du chalumeau en retardant le déclenchement de l'instabilité de darrieus-landau (breveté).
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Drouet, Julie. "Séparation des sources de bruit des moteurs Diesel : Application en hiérarchisation de source et qualité sonore." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0053/document.
Анотація:
Le spectrofiltre est un filtre de Wiener utilisé pour isoler le bruit de combustion du moteur Diesel. Ce filtre est déterminé pour chaque point de fonctionnement et nécessite un traitement important des données. Il est donc difficile de mener des études perceptives sur le bruit de combustion obtenu selon plusieurs réglages moteur. Afin de pallier à cet inconvénient, cette thèse a pour objectif de définir un filtre commun qui puisse synthétiser un bruit de combustion en tout point de fonctionnement. Pour cela, une étude perceptive a montré que la substitution du spectrofiltre conventionnel par un autre filtre de Wiener permet la synthèse d’un bruit de combustion. L’utilisation d’un spectrofiltre commun est donc possible. L’analyse modale expérimentale permet d’estimer le filtre de Wiener à partir de données caractéristiques de la structure du moteur. Après analyse sur un signal synthétique, la méthode ESPRIT apparait la plus appropriée, mais nécessite quelques optimisations pour être adaptée aux particularités des spectrofiltres. Les filtres de Wiener de plusieurs régimes sont estimés selon différentes conditions d’estimation, définies par le critère ESTER. Une évolution fictive de l’amortissement selon le régime moteur est observée, et rattachée au fenêtrage temporel effectué dans le calcul du spectrofiltre. Une expérience perceptive est ensuite menée pour identifier si le critère ESTER permet d’estimer des filtres assez précis pour synthétiser des bruits de combustion similaires aux bruits de combustion conventionnels. Les résultats amènent à concevoir le spectrofiltre obtenu au ralenti comme un bon filtre commun, tant d’un point de vue physique que perceptifThe spectrofilter is a Wiener filter used to extract combustion noise. This filter requires an important data processing and is determined in all operating conditions. Thus it is difficult to carry out perceptual studies on combustion noise from various motor adjustments. To overcome this drawback, this PhD dissertation aims to define a common filter which can synthesize a combustion noise in all operating conditions. For this, a perceptual study showed that the substitution of the conventional spectrofilter by another Wiener filter allows the synthesis of a combustion noise. The use of a common spectrofilter is thus possible. The experimental modal analysis allows to estimate the Wiener filter from characteristic data of the engine structure. After studying on a synthetic signal, the ESPRIT method seems to be the most appropriate, but requires some optimizations to be adapted to spectrofilter peculiarities. The Wiener filters of several running speeds are estimated in different estimating conditions, defined by the ESTER criterion. A fictitious damping evolution with the running speed is observed and linked to the temporal windowing applied on the spectrofilter computation. A perceptual experience is then carried out to identify if the ESTER criterion allows to estimate accurately filters to synthesize combustion noises similar to conventional combustion noises. The results lead to conceive the spectrofilter obtained in idling condition as a good common filter, as in a physical point of view that perception
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Guyader, Gaël. "Modélisations temporelles simplifiées des phénomènes physiques à l'origine du bruit moteur : dédiées au portage temps réel et aux applications de design sonore." Lyon, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAL0018.
Анотація:
Dans l'industrie automobile les niveaux de bruit sont bien maîtrisés, mais une nouvelle étape s'annonce : celle du design sonore visant non plus à réduire le bruit mais à le rendre agréable, voire porteur de sens ou de sensations. Pour le moteur à combustion interne, l'action de design sonore doit commencer par la caractérisation des sources. La procédure de synthèse sonore proposée doit à terme fournir un outil d'analyse de la qualité de bruit d'un moteur, les bruits générés sont décrits par deux approches ; l'une globale et l'autre physique. Partant du cycle de combustion, deux familles de bruits sont définies. La première concerne le bruit généré par des processus vibratoires, la seconde les sources aéroacoustiques. Deux méthodes d'estimation du rayonnement acoustique sont présentées puis confrontées aux mesures. Un test perceptif a vérifié le réalisme du modèle face aux mesuresNoise levels are well controlled in the car industry but a new step is pointing out: the sound design one aiming to make noise pleasant even bringing either sense or sensations, and no longer aiming to reduce noise. Sound design action must begin with source characterization for the intern combustion engine. The proposed sound synthesis procedure supplies an analysis tool to study engine noise quality in function of technical characteristics. Generated noises are described by two approaches, one of them being a global one and the other one being a physical one. After reminding engine functioning basis, two noise groups are defined from the combustion cycle. The first one concerns noise generated by Vibrations and the second one deals with aéroacoustic sources. Two methods dealing with an acoustic radiation assessment are presented and then faced to measurements. Finally a perceptive test has checked the realism of the model, comparing it with measurements
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Taghavi-Nejad, M. H. "Caractérisation, par les méthodes de cohérences, de sources de vibrations et de bruit d'un moteur diesel." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPS142.
Анотація:
De nombreux chercheurs ont, au cours des dernières années appliqué les méthodes de cohérences pour traiter des systèmes à entrées multiples, afin de caractériser la transmission du bruit et des vibrations ainsi que la contribution de chaque source. Ces techniques ont pourtant révélé certaines limites qui dépendent, avant tout, du type des signaux utilisé notamment dans le cas d’entrées périodiques où la cohérence entre les sources peut atteindre des valeurs très élevées. Ce mémoire décrit une nouvelle approche, basée sur le traitement transitoire des signaux afin de réduire les erreurs de calcul des fonctions de transfert liant les vibrations de bâti ou le bruit généré par un moteur diesel aux variations de pression dans chacun de ces cylindres. Les techniques de fenêtrage ont un rôle primordial dans ces analyses notamment pour les régimes élevés du moteur. Ces méthodes en parallèle avec le procédé d’acquisition simultanée de tous les signaux conduit à des résultats plus stables et plus précis. Ceci permet de discerner les pics de résonances et d'évaluer l’atténuation par la structure en utilisant les modules des fonctions de transfert. Elle fournit de même la possibilité de réduire le nombre d’entrée du modèle, permettant une économie en temps de calcul et un allègement matériel important.
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Laverdant, Alain. "Contribution à l'étude des instabilités de combustion des foyers aérobies." Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUE5021.
Анотація:
Les instabilités de combustion sont essentiellement dues à une interaction entre des ondes acoustiques non linéaires, des structures cohérentes et la combustion. Des calculs de modes acoustiques mettent en évidence les influences des hétérogénéités de température et de la géométrie. Dans un milieu non réactif, l'interaction des structures cohérentes, émises par un obstacle, et un mode acoustique peut conduire à un mécanisme de résonance. Une simulation numérique, réalisée à l'aide d'une adaptation du programme KIVA (Los Alamos), confirme en partie les résultats expérimentaux. L'interaction entre une flamme de diffusion et un tourbillon à noyau visqueux, étudié numériquement, donne des résultats en bon accord avec la littérature. Les calculs sont étendus à une flamme prémélangée et l'émission acoustique est évaluée analytiquement. Une simulation numérique de la combustion instationnaire sur un foyer de l'E. C. P. , effectuée à l'aide du programme KIVA, montre la présence de structures cohérentes et que la flamme est plissée. L'étude de l'influence des réactions radicalaires sur les instabilités de combustion représente la principale perspective de ce travail
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Roux, Sébastien. "Influence de la modélisation du mélange air/carburant et de l'étendue du domaine de calcul dans la simulation aux grandes échelles des instabilités de combustion : application à des foyers aéronautiques." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/14175/1/roux_sebastien1.pdf.
Анотація:
La réglementation en matière de pollution et notamment des émissions d'oxydes d'azote se durcit. Les exigences de l'industrie à l'égard des performances des moteurs aéronautiques et des turbines à gaz industrielles se font toujours plus strictes. En conséquence, les nouveaux moteurs font face au phénomène des instabilités de combustion et les méthodes utilisées jusqu'à maintenant pour étudier le comportement des chambres de combustion sont soit insuffisantes comme la simulation numérique RANS, soit trop coûteuses et trop lentes comme la réalisation de campagnes d'essais. La simulation aux grandes échelles apparaît dans ce contexte comme un outil providentiel pour aborder les instabilités de combustion. Dans cet ouvrage est démontrée la capacité de la simulation aux grandes échelles à prédire avec précision l'écoulement moyen et le comportement instationnaire d'une chambre de combustion "académique" quand elle est accompagnée d'outils d'analyse acoustique. Ces simulations réalisées avec le code AVBP du CERFACS sont validées par une large campagne de mesures effectuées au DLR-Stuttgart et s'insèrent dans le cadre du programme européen PRECCINSTA. Par ailleurs, cette thèse a aussi donné lieu de s'interroger dans le cas cette fois d'un moteur aéronautique réel sur l'importance de la prise en compte au sein du domaine de calcul du distributeur haute pression sur lequel débouche la chambre de combustion. L'apport majeur de ce travail réside dans les réponses qu'il donne comme dans les questions qu'il soulève concernant les conditions limites qui doivent être celles d'un bon calcul de chambre de combustion. La première partie de cet ouvrage introduit le lecteur aux enjeux écologiques et à la formation des polluants au sein de la combustion dans les turbines à gaz pour pointer du doigt une conséquence directe de la réduction de ces polluants : les instabilités de combustion. La seconde partie détaille le principe du code AVBP utilisé pour réaliser la simulation aux grandes échelles de deux configurations. La première de ces configurations est un cas "académique" de chambre de combustion branchée sur un injecteur et fait l'objet de la troisième partie. La seconde configuration concerne quant à elle un moteur aéronautique réel et constitue la quatrième et dernière partie de cette thèse.
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Fei, Binjun. "Comportement dynamique et rayonnement acoustique d'une culasse de moteur diesel." Paris, CNAM, 1986. http://www.theses.fr/1986CNAM0076.
Анотація:
Calcul du champ acoustique par résolution numérique de l’équation de Helmholtz à l'aide de la fonction de green. Étude de modifications de la culasse et conséquences sur le bruit. Vérification expérimentale
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Lapeyre, Corentin. "Numerical study of flame stability, stabilization and noise in a swirl-stabilized combustor under choked conditions." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14493/1/Lapeyre.pdf.
Анотація:
Air transportation is an essential part of modern business and leisure needs, and the number of passengers carried per year is rapidly increasing worldwide. The International Civil Aviation Organization estimates that this number went from 2.2 billion in 2009 to 3.0 billion in 2013, due in part to rapid growth in emerging countries such as China. Many challenges for aircraft designers arise from this increase in air traffic, such as meeting pollutant and noise emission regulations. The engines play a major part in these emissions, and combustor technology has evolved towards high-pressure Lean Prevaporized Premixed (LPP) combustion to increase efficiency and decrease pollutant emissions. Unfortunately, this technology tends to reduce engine robustness, with a decrease in flame stability and stabilization margins. Recent studies suggest that combustion noise could also be increased in these systems. New methods are needed to describe and understand the mechanisms at hand for future design and optimization in order to operate these engines safely while still achieving emission targets. Large Eddy Simulation (LES) is a numerical approach to these problems which has shown excellent results in the past and is very promising for future design. The description of unsteady phenomena in these power-dense, confined and unsteady systems is essential to describe flame-turbulence interactions, acoustics and multiphysic couplings. As computing power grows, so does the amount of physics which can be modeled. Computational domains can be increased, and have gone from including only the reacting zone, to adding the fuel-air mixing areas, the heat liners and secondary flows, and the upstream and downstream elements. In this Ph.D., a compressible LES solver named AVBP is used to describe an academic test rig operated at the EM2C laboratory named CESAM-HP, a pressurized combustion chamber containing a swirl-stabilized partially-premixed flame and ended by a choked nozzle with high-speed flow. This leads to an accurate description of the chamber outlet acoustic behavior, and offers the possibility to investigate the dynamic behavior of the full system, and the occurrence of flame-acoustic coupling leading to combustion instabilities. It also gives insight into the combustion noise mechanisms, which are known to occur both in the reacting zone and in the nozzle. As shown in this study, this behavior also has an impact on flame stabilization in this system. This manuscript is organized as follows. In a first part, the context for chemistry, motion and acoustics of reacting multi-species flow is given. State of the art theories on reacting multi-species flow thermodynamics, thermoacoustics, combustion noise and flame stabilization in swirled burners are presented. Basic toy models and test cases are derived to validate the understanding of direct and indirect combustion noise, and numerical validations are performed. In a second part, the practical details about numerical investigation of such systems are reported. Finally, the third part describes the application of these tools and methods to the CESAM-HP4 test rig. The inclusion of the compressible nozzle in the LES computation yields results concerning three major issues for the burner: (1) flame stability, related to thermoacoustic instabilities; (2) flame stabilization, and the occurrence of flame flashback into the system’s injection duct; (3) combustion noise produced by the system, and identification of its separate contributions.
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Le, Helley Philippe. "Etude théorique et expérimentale des instabilités de combustion et de leur contrôle dans un brûleur laminaire prémélangé." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0369.
Анотація:
Une étude expérimentale, théorique et numérique des instabilités de combustion et de leur contrôle est réalisée dans un brûleur laminaire prémélangé, compromis entre un foyer d'intérêt industriel et une géométrie modélisable sur le plan fondamental. L'utilisation d'un modèle d'acoustique linéaire, couplé à une fonction de transfert acoustique de la flamme déterminée expérimentalement, permet de retrouver et d'expliquer la carte de stabilité du brûleur. Le mécanisme d'interaction flamme-acoustique est étudié au moyen d'un code de simulation numérique directe. Cet outil permet d'identifier les mécanismes de couplage entre l'onde acoustique et le taux de dégagement de chaleur instationnaire. La fonction de transfert acoustique calculée est en bon accord avec la fonction de transfert mesurée. Un modèle cinématique d'interaction flamme-acoustique est déduit: il représente correctement les mouvements du front de flamme, pour un moindre coût de calcul. L'action d'une boucle de contrôle actif, de type ligne à retard, est bien prédite par le modèle d'acoustique linéaire. Les performances d'un contrôleur auto-adaptatif sont analysées
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Motheau, Emmanuel. "Accounting for mean flow effects in a zero-Mach number thermo-acoustic solver : application to entropy induced combustion instabilities." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00983655.
Анотація:
Pratiquement toutes les chambres de combustion présentent des instabilités. Par conséquent, il est nécessaire de mieux les comprendre afin de les contrôler. Une possibilité est de simuler l'écoulement réactif à l'intérieur d'une chambre de combustion grâce à la Simulation aux Grandes Echelles (SGE). Cependant la SGE est très coûteuse en terme de capacité de calcul. Une autre possibilité est de réduire la complexité du problème à une simple équation d'onde thermoacoustique (équation dite de Helmholtz), qui peut être résolue en fréquence comme un problème aux valeurs propres. Le couplage entre l'acoustique et la flamme est alors prise en compte au travers des modèles appropriés. Le principal problème de cette méthode est qu'elle repose sur l'hypothèse d'un nombre de Mach nul. Tous les phénomènes liés à l'écoulement moyen sont donc négligés. La présente thèse propose une nouvelle stratégie pour prendre en compte certains effets de l'écoulement dans un contexte à Mach nul. Dans une première partie, la manière la plus judicieuse d'imposer un élément présentant un écoulement très rapide est étudiée. La seconde partie se focalise sur le couplage entre l'acoustique et les hétérogénéités de température qui sont générées par la flamme et naturellement convectées par l'écoulement moyen. Ce phénomène est important car il est responsable du bruit indirect de combustion qui peut conduire à une instabilité thermoacoustique. Un nouveau type de condition limite (DECBC) est proposé afin de prendre en compte ce mécanisme dans un contexte de résolution de l'équation de Helmholtz à Mach nul. Dans la dernière partie, une chambre de combustion aéronautique présentant une instabilité mixte acoustique/entropique est étudiée. Le bénéfice des méthodes développées dans la présente thèse est testé et comparé à des calculs avec la SGE. Il est montré que les calculs avec un solveur de Helmholtz peuvent reproduire une instabilité de combustion complexe, et que cet outil s'avère avoir le potentiel pour prédire les instabilités afin de concevoir de nouvelles chambres de combustion.
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Bédat, Benoît. "Contribution à l'étude expérimentale aérothermoacoustique d'une flamme prémélangée turbulente dans un environnement non confiné." Toulouse, ENSAE, 1992. http://www.theses.fr/1992ESAE0006.
Анотація:
L'objectif de cette étude est de mieux connaitre les mécanismes de génération d'onde acoustique des flammes turbulentes. La flamme étudiée est du type bec-bunsen en régime de prémélangé propane-air. Cette contribution expérimentale s'appuie sur des mesures aérodynamiques (profil de vitesse, échelles de turbulence, instabilités de Kelvin-Helmholtz et de jet), acoustiques (ondes stationnaires à l'intérieur du bruleur, directivité, puissance acoustique, pression en champ proche) et thermiques (fluctuation de température et de position du front de flamme). Les techniques utilisées sont l'anémométrie fil chaud, l'intensité acoustique, une sonde acoustique haute température et la thermographie infrarouge ligne. Sur une flamme légèrement turbulente en chambre anéchoïque, il est montré que: (1) la flamme possède un caractère monopolaire à basse vitesse; (2) la présence de gradients de température modifie le rayonnement des modes acoustiques élevés; (3) la couche cisaillée à la périphérie de la flamme est identifiée; (4) le bruit de combustion est large bande et basse fréquence; (5) la répartition fréquentielle de la puissance acoustique suit la loi de Calvin et Siggia pour des fréquences de 80 à 200 Hz; (6) la prédiction de Strahle surestime la puissance acoustique de 3 à 4 dB; (7) le niveau de puissance est maximum pour la richesse ou la vitesse de combustion est maximale. Dans une pièce quelconque, les niveaux de puissance acoustique sont comparables à ceux obtenus en chambre anéchoïque, par contre la répartition fréquentielle est différente. Ce résultat est confirmé par les mesures thermiques.
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Marrot, Franck. "Développement d'une boucle expérimentale de contrôle actif sur un écoulement de type marche descendante en vue de piloter les couplages aéroacoustiques et modifier le mélange diphasique." Toulouse, ENSAE, 2000. http://www.theses.fr/2000ESAE0022.
Анотація:
Cette étude s'inscrit dans le cadre des recherches menées sur le contrôle actif des écoulements. Elle concerne l'application de ces méthodes aux chambres de combustion afin d'optimiser leur performances et contrôler l'apparition des instabilités de combustion. Les phénomènes sont complexes et de nombreux paramètres conditionnent le fonctionnement. Un des paramètres essentiel est l'organisation de l'écoulement porteur, de type recirculé, dont l'organisation est influencée par des couplages entre l'acoustique de la chambre et l'aérodynamique instationnaire. L'étude expérimentale entreprise porte sur le contrôle d'un écoulement recirculé de marche descendante, écoulement représentatif de ceux apparaissant en chambres de combustion. Nous cherchons à piloter les couplages aéroacoustiques impliqués dans l'apparition des instabilités de combustion, et à modifier le mélange diphasique. Par soucis de simplification, l'étude est menée en écoulement non réactif. L'augmentation de pression due à la combustion, qui constitue la source d'excitation en écoulement réactif, est simulée par une excitation acoustique provenant de deux haut-parleurs. La boucle de contrôle est basée sur l'utilisation de capteur microphonique ou fil-chaud, d'un actionneur acoustique, et repose sur un algorithme R-LMS. Les résultats de contrôle de l'écoulement excité sont concluants. Les couplages aéroacoustiques sont fortement atténués et les phénomènes représentatifs des instabilités de combustion sont contrôlés. L'approche théorique globale menée permet de proposer une loi de décomposition d'un des paramètres représentatifs de l'écoulement. Enfin, une étude est entreprise sur l'interaction gouttes/tourbillon lors de l'injection du carburant sous forme liquide, afin de dégager les paramètres d'injection influençant la répartition spatiale des gouttes. Les résultats obtenus permettent d'identifier le déphasage entre l'injection des gouttes et le détachement tourbillonnaire comme un paramètre déterminant.