Simulations numériques d'écoulements compressibles : application à l'aéroacoustique des jets

Other literature type French OPEN
Gamet, Lionel (1996)
  • Subject: Equations de Navier-Stokes | Schéma MacCormack 2-4 | Volumes finis | Modèle sous-maille | Compressible | Méthode de Kirchhoff | Aéroacoustique des jets | 532 | Navier-Stokes equations | 2-4 MacCormack scheme | Finite volume | Subgrid scale model | Kirchhoff's method | Aeroacoustics of jets

Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de MacCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. La modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l’aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelle (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expérimentales. Une méthode intégrale de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustique. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparées a des études expérimentales et a d’autres simulations. The tridimensionnal Navier-Stokes equations are solved numerically in cartesian and cylindrical geometries, with a finite volume code based on the second order in time and fourth order in space MacCormack interior scheme. Non-reflective boundary conditions are applied at each free boundary of the computational domain. Subgrid scales are modelled with a structure function model. The computational code so defined is then tested, in a first step, on different types of flows, such as decreasing isotropic homogeneous turbulence, 2D spatially evolving mixing layers, 3D temporally evolving mixing layers, 3D temporally evolving round jets. Comparisons are made with other simulations, theoretical studies, and experimental data. A kirchhoff integral method, which is based on a simple integral on a surface surrounding the sound sources (those sources are determined by a direct or large eddy simulation of the near flow-field) was then implemented in order to estimate the generated acoustic pressure in the far field. The method was applied to the calculation of jet noise, and the results were compared with experimental studies and other numerical simulations.
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