Nonlinear global modes and sound generation in hot jets. - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Nonlinear global modes and sound generation in hot jets.

Modes globaux non-lineaires et generation de son dans les jets chauds.

Résumé

The objective of this thesis is twofold: firstly, to study the dynamics inherent in the near field of axisymmetric hot jets by direct numerical simulation, and describe the synchronized oscillations in terms of the theory of nonlinear global modes. On the other hand, characterize the aero-acoustic far field generated by the synchronized oscillations of the near field, also by direct numerical simulation, and identify the physical nature of the aero-acoustic sources in the jet. Thus it is established that the intrinsic synchronized oscillations are observed in the simulations have all the characteristics of a nonlinear global mode, governed by a stationary front located at the upstream edge of an absolutely unstable environment. A linear stability analysis reveals that a jet becomes absolutely unstable hot enough near the nozzle, through the destabilizing effect of the baroclinic torque. The emergence of self-sustained oscillations and their frequency, observed numerically, precisely follow the predictions derived from theoretical criteria. The numerical results are in good agreement with experiments from the literature. The global mode of a hot jet emits a dipole sound field and an analysis of the Lighthill equation shows that this radiation is due to fluctuations in entropy, in contrast to an isothermal jet forced, which sources linked quadrupole the Reynolds stresses are dominant.
L'objectif de cette thèse est double : d'une part, étudier la dynamique intrinsèque dans le champ proche des jets chauds axisymétriques par simulation numérique directe, et décrire ces oscillations synchronisées sous l'angle de la théorie des modes globaux non-linéaires. D'autre part, caractériser le champ lointain aéro-acoustique généré par les oscillations synchronisées du champ proche, également par simulation numérique directe, et identifier la nature physique des sources aéro-acoustiques dans le jet. Ainsi il est établi que les oscillations synchronisées intrinsèques que l'on observe dans les simulations possèdent toutes les caractéristiques d'un mode global non-linéaire, régi par un front stationnaire situé au bord amont d'un milieu absolument instable. Une analyse d'instabilité linéaire révèle qu'un jet suffisament chaud devient absolument instable près de la buse, grâce à l'effet déstabilisant du couple barocline. L'apparition des oscillations auto-entretenues ainsi que leur fréquence, observées numériquement, suivent précisement les prédictions déduites des critères théoriques. Les résultats numériques sont en bon accord avec les expériences tirées de la littérature. Le mode global d'un jet chaud émet un champ sonore dipolaire; une analyse de l'équation de Lighthill révèle que ce rayonnement est dû aux fluctuations d'entropie, à la différence d'un jet isotherme forcé, pour lequel les sources quadripolaires liées au tenseur de Reynolds sont dominantes.
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Dates et versions

pastel-00002958 , version 1 (23-07-2010)

Identifiants

  • HAL Id : pastel-00002958 , version 1

Citer

Lutz Lesshafft. Nonlinear global modes and sound generation in hot jets.. Engineering Sciences [physics]. Ecole Polytechnique X, 2006. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002958⟩
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