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Article Dans Une Revue Journal of Sound and Vibration Année : 2017

Coherent entropy induced and acoustic noise separation in compact nozzles

Séparation de bruit cohérents d'origine acoustique et entropique dans des tuyères compactes

Résumé

A method to separate entropy induced noise from an acoustic pressure wave in an harmonically perturbed flow through a nozzle is presented. It is tested on an original experimental setup generating simultaneously acoustic and temperature fluctuations in an air flow that is accelerated by a convergent nozzle. The setup mimics the direct and indirect noise contributions to the acoustic pressure field in a confined combustion chamber by producing synchronized acoustic and temperature fluctuations, without dealing with the complexity of the combustion process. It allows generating temperature fluctuations with amplitude up to 10K in the frequency range from 10 to 100Hz. The noise separation technique uses experiments with and without temperature fluctuations to determine the relative level of acoustic and entropy fluctuations in the system and to identify the nozzle response to these forcing waves. It requires multi-point measurements of acoustic pressure and temperature. The separation method is first validated with direct numerical simulations of the nonlinear Euler equations. These simulations are used to investigate the conditions for which the separation technique is valid and yield similar trends as the experiments for the investigated flow operating conditions. The separation method then gives successfully the acoustic reflection coefficient but does not recover the same entropy reflection coefficient as predicted by the compact nozzle theory due to the sensitivity of the method to signal noises in the explored experimental conditions. This methodology provides a framework for experimental investigation of direct and indirect combustion noises originating from synchronized perturbations.
Cet article présente une méthode pour extraire la contribution d'origine entropique d'une onde de pression acoustique dans un écoulement de tuyère perturbé de façon harmonique. Cette méthode est testée sur un dispositif expérimental original générant simultanément des fluctuations acoustiques et de température dans un écoulement d'air accéléré par une tuyère convergente. L'installation reproduit les contributions du bruit direct et du bruit indirect au champ de pression acoustique dans une chambre de combustion confinée en produisant des fluctuations acoustiques et de température synchronisées, sans la complexité du processus de combustion. Elle permet de générer des fluctuations de température d'une amplitude de 10K pour des fréquences allant de 10 à 100 Hz. La méthode de séparation des bruits utilise les mesures sans et avec fluctuations de température pour déterminer les niveaux relatifs de fluctuations acoustiques et entropiques dans le système et pour identifier la réponse de la tuyère à ces forçages. Elle nécessite des mesures de pression acoustique et de température à plusieurs positions. La méthode de séparation est d'abord validée par résolution numérique des équations d'Euler non linéaires. Ces simulations sont utilisées afin d'étudier les conditions pour lesquelles la méthode de séparation est valide. Les résultats obtenus présentent les mêmes tendances que les mesures pour les points de fonctionnement étudiés. La méthode de séparation permet de retrouver le coefficient de réflexion acoustique mais le coefficient de réflexion entropique diffère de celui prédit par la théorie pour les tuyères compactes à cause de la sensibilité de la méthode au bruit du signal, pour les conditions expérimentales étudiées. Cette méthodologie fournit un cadre pour l'étude expérimentale des bruit de combustion direct et indirect issus de perturbations synchronisées.
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hal-01491836 , version 1 (29-11-2019)

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Citer

Wenjie Tao, Thierry Schuller, Maxime Huet, Franck Richecoeur. Coherent entropy induced and acoustic noise separation in compact nozzles. Journal of Sound and Vibration, 2017, ⟨10.1016/j.jsv.2017.01.012⟩. ⟨hal-01491836⟩
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