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Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II
41
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Mise en évidence d’instabilités hydrodynamiques au-dessus d’un matériau absorbant acoustique en conduite avec écoulement
des résonateurs, H=8 cm, correspond à une fréquence
de résonance de 1 kHz. La transmission acoustique
doit donc chuter à cette fréquence. La longueur totale
de la section traitée avec le matériau est L=7,5 cm. En
aval de la section test est positionnée une terminaison
anéchoïque.
Dans la partie centrale de la veine, la vitesse de
l’écoulement, paramètre régissant les phénomènes
étudiés, peut atteindre 108 m/s, soit un nombre de Mach
M=0,3.
Deux types de mesures sont réalisés. D’abord, la
transmission du mode plan est mesurée à l’aide des 4
microphones (mic 1 à mic 4 sur la figure 4), en excitant la
conduite au niveau du haut-parleur avec un sinus glissant.
Ensuite, des mesures de l’écoulement moyen sont
effectuées. Une mesure de la chute de pression moyenne
peut être réalisée à l’aide du capteur différentiel de
pression (figure 4). Et surtout, la vitesse de l’écoulement
est mesurée par vélocimétrie laser. La présentation de
ces mesures fait l’objet de la section suivante.
Dispositif de mesure PIV
L’écoulement est mesuré avec une technique de
vélocimétrie par images de particules, dites PIV (pour
Particle Image Velocimetry en anglais). Cette technique
consiste à prendre à l’aide d’une caméra rapide deux
images successives d’un ensemble de particules illuminées
par une nappe laser [6]. La corrélation des deux images
numériques permet de remonter au déplacement des
particules puis à leur vitesse moyennant une hypothèse
de mouvement rectiligne uniforme. Typiquement, les deux
images sont ici séparées d’un intervalle de temps de 1
μ
s. A
partir d’un doublet d’images, un champ de vecteur vitesse
sur toute une zone de l’espace est donc obtenu, ce qui
est particulièrement utile pour l’observation de structures
dans l’écoulement. Cette technique est par ailleurs non
intrusive, bien qu’il faille réaliser un ensemencement de
l’écoulement avec des particules de taille micrométrique,
ici à base de fumée d’encens. Notons que
la technique PIV, issue de la mécanique des
fluides, est essentiellement utilisée pour des
mesures d’écoulement, mais peut se révéler
très utile en acoustique pure (fluide oscillant
sans écoulement moyen) [7].
Une mesure 2D de la vitesse est réalisée
dans un plan perpendiculaire au matériau
acoustique, dans la section centrale de
la veine. La position de la nappe laser est
représentée à la figure 5. La zone de mesure est d’environ
2,5 cm en x et 1,8 cm en y. Elle ne couvre pas l’intégralité
de la longueur (7,5 cm) du traitement mais peut être
déplacée. La résolution spatiale du champ de vitesse
obtenu est d’environ 0,15 mm. La zone de mesure peut
être située aussi bien du côté du matériau acoustique
que du côté de la paroi rigide opposée, principalement
pour permettre des comparaisons des champs de vitesse
entre la paroi rigide et la paroi traitée. Notons que la y=0
correspond au maximum de vitesse moyenne (au centre
du canal), le matériau étant situé en y=0,01 m, et la paroi
lisse en y=-0,01 m. Pour permettre des comparaisons,
on utilisera au lieu de la coordonnée y, la coordonnée w
représentant la distance à la paroi (qu’elle soit rigide ou
traitée). L’abscisse x a son origine au début de la portion
traitée du matériau (voir figure 4).
Pour chaque configuration étudiée 1 000 champs de
vecteurs vitesse instantanés
u
(x,y,t
i
) sont mesurés à
1 000 instants t
i
, avec
u
=(u,v) dans les directions x et
y. La moyenne de ces champs fournit un champ moyen
U
(x,y) avec
U
=(U,V) ; 1 000 champs de vitesse fluctuante
peuvent ensuite être calculés selon
u’
(x,y,t
i
)=
u
(x,y,t
i
)-
U
(x,y), avec
u’
=(u’,v’). Une valeur typique de la fluctuation
de vitesse est donnée par sa valeur rms (root mean
square, ou valeur quadratique moyenne),
u
rms
=(u
rms
,v
rms
).
Fig. 3: Schéma du dispositif expérimental. Echelles en x et en y arbitraires
Experimental setup. Scales are different in x and y-directions
Fig. 4: Vue de la section test. Celle-ci a une section
rectangulaire, de hauteur h=2cm dans la direction y
et de profondeur 8cm dans la direction z. Sur le haut
de la section est placé un absorbant acoustique
View of the test section. It is of rectangular cross-section
8cm x 2cm and its top is covered with an acoustic liner
Fig. 5: Mesure PIV de l’écoulement : représentation de
la nappe laser, et de la zone de mesure
PIV measurement of the flow: view of the laser
sheet and of the measurement area