Stage – Analyse de données aéroacoustiques de jets supersoniques issues de simulations aux grandes échelles (LES)

Mots clés : Jets supersoniques impactant, boucle de rétroaction aéroacoustique, simulation numérique aux grandes échelles (LES), décomposition de Doak

Résumé
Les jets supersoniques idéalement détendus impactant sur une plaque plane sont généralement caractérisés par un rayonnement acoustique important à certaines fréquences propres. Ces fréquences caractéristiques sont souvent reliées à une boucle de rétroaction aéroacoustique qui s’instaure entre des structures turbulentes se développant dans les couches de mélange du jet et des ondes acoustiques générées au niveau de la plaque plane et remontant jusqu’à la buse dues à l’impact de ces structures turbulentes.
Afin de mieux comprendre cette boucle de rétroaction aéroacoustique, différentes méthodes de décomposition de l’écoulement entre les composantes fluctuantes acoustique et hydrodynamique existent, notamment des méthodes de décompositions dans l’espace nombre d’onde-fréquence et la méthode de Doak.

La méthode de décomposition dans l’espace nombre d’onde-fréquence consiste à générer un maillage cartésien couvrant une partie de l’espace entre la buse du jet et la plaque plane, interpoler les solutions de la LES sur ce maillage cartésien et ensuite réaliser une transformée de Fourier en temps et selon la direction axiale. Les ondes ayant un nombre d’onde négatif sont ensuite considérées comme reliées à des ondes acoustiques (remontant dans le domaine) et les ondes ayant un nombre d’onde positif comme des structures hydrodynamiques descendant entre la buse et la plaque plane. Cette décomposition suppose donc une périodicité axiale de l’écoulement, ce qui n’est pas le cas en réalité, surtout si l’on s’approche de la partie de plaque plane.
La méthode de Doak consiste à résoudre une équation de Poisson à partir des champs de dérivée temporelle de densité et de pression fluctuantes obtenus avec la LES afin d’isoler les contributions hydrodynamiques, acoustiques et thermiques. Cette décomposition ne suppose pas une périodicité axiale de l’écoulement, mais est plus complexe à mettre en place numériquement. Ces techniques de post-traitements seront appliquées à des données de jet impactant générées par des simulations aux grandes échelles (LES).

Objectif du stage : analyser des résultats de simulations LES de jets supersoniques idéalement détendus impactant en mettant en place des méthodes de décomposition de l’écoulement entre partie hydrodynamique et acoustique. L’approche basée sur la décomposition dans l’espace nombre d’onde-fréquence a pu être déjà être testée au cours d’un précédent stage , le but du présent stage est de comparer l’analyse obtenue par cette méthode avec la méthode de Doak afin d’observer si des comportements similaires peuvent être obtenus entre les deux méthodes et de comparer leurs performances.

Contacts : Romain Gojon (romain.gojon(a)isae-supaero.fr), Hélène Parisot-Dupuis (helene.parisot-dupuis(a)isae-supaero.fr), Maxime Fiore (maxime.fiore(a)isae-supaero.fr)