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Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II43
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Mise en évidence d’instabilités hydrodynamiques au-dessus d’un matériau absorbant acoustique en conduite avec écoulement
à M=0,3 pour f=1,1 kHz: la dissipation acoustique
devient négative, ce qui signifie que le matériau produit
de l’énergie acoustique au lieu d’en dissiper.
Les mesures acoustiques montrent donc, à la fréquence
de résonance du matériau, et pour un écoulement de
nombre de Mach élevé, à la fois une forte transmission
et une production d’énergie acoustique, à l’encontre
du résultat attendu. Ces phénomènes peuvent être
expliqués par une interaction entre l’écoulement et l’onde
acoustique. La suite de l’article consiste ainsi en l’étude
de l’écoulement.
Résultat des mesures d’écoulement
Dans un premier temps, la chute de pression moyenne
entre les extrémités du matériau a été mesurée à l’aide du
capteur de pression différentiel (voir figure 4). On excite
éventuellement la conduite avec une onde acoustique
plane de fréquence variable, mais de niveau incident fixé
à 130 dB (c’est-à-dire 20*log( /P0)=130 dB). La chute
de pression est représentée à la figure 8 en fonction de
la fréquence. En l’absence d’excitation acoustique (le
résultat est alors bien sûr indépendant de la fréquence),
la chute de pression vaut de l’ordre de 2 mbar. Avec
excitation acoustique, la chute de pression varie avec
la fréquence et connaît un pic à 1,1 kHz (fréquence de
résonance du matériau), à plus de 2,5 mbar. Ceci montre
que l’écoulement moyen est suffisamment modifié par
l’effet de l’onde acoustique à cette fréquence pour qu’une
augmentation de la chute de pression de 20% soit créée,
laissant supposer que la production d’énergie acoustique
observée ci-dessus résulte d’un transfert d’énergie de
l’écoulement moyen vers l’acoustique.
Ces observations conduisent naturellement à caractériser
l’écoulement. Des mesures PIV ont été effectuées au plus
haut nombre de Mach accessible, M=0,3, ce dernier
ayant fait apparaître les comportements acoustiques les
plus marqués. Deux types de mesures ont été réalisés:
des mesures sans excitation acoustique (‘NoAc’); et des
mesures avec excitation acoustique (‘Ac’) où une onde de
fréquence f=1,1 kHz est introduite dans la conduite au
niveau du haut-parleur. Cette fréquence correspond à la
résonance du matériau pour M=0,3. Considérons d’abord
les statistiques de l’écoulement, à travers la fluctuation
rms de la vitesse axiale, représentée pour différentes
configurations en figure 9. Les profils sont donnés soit
en x=0,002 m, au tout début de la portion de la veine
traitée par le matériau, soit en x=0,07 m, en fin de
portion traitée. Les profils sont représentés à proximité
du matériau acoustique («Lined wall») et à proximité de
la paroi rigide faisant face au matériau («Smooth wall»).
A x=0,002 m, les différents profils sont très similaires.
Ainsi, avant la zone traitée, aucun phénomène n’est encore
apparu qui puisse distinguer l’écoulement à proximité du
matériau de celui à proximité de la paroi rigide. En x=0,07
m, les profils à proximité de la paroi rigide sont identiques
à ceux obtenus en x=0,002 m. L’écoulement n’est donc
pas modifié à proximité de la paroi lisse au passage de
la portion traitée de la veine, qu’il y ait ou non excitation
acoustique. Sur la figure 9, seuls deux profils ressortent
en fait, mesurés en fin de portion traitée, à proximité
du matériau. Ces profils présentent des fluctuations de
vitesse supérieures à celles qui ont été obtenues en début
de matériau. De plus, le profil avec excitation acoustique
présente des valeurs supérieures au profil obtenu sans
excitation acoustique. Ainsi l’excitation acoustique à la
fréquence de résonance du matériau a pour effet une
modification de l’écoulement. Notons que l’augmentation
des fluctuations de vitesse de l’écoulement obtenue ici
est de l’ordre de 5 à 10 m/s à proximité du matériau. La
Fig. 10 : Exemple de cartographie du vecteur fluctuation
de vitesse en moyenne de phase, ici pour la phase
Φ 1. Excitation acoustique à 1,1 kHz, avec M=0,3.
La couleur représente la valeur de la vorticité
Vector map of the phase-averaged fluctuation
velocity, at one of the 10 available phases, here Φ1.
M=0.3, f=1.1kHz. Colors represent the vorticity
Fig. 9: Profils de l’amplitude de fluctuation rms de la composante
axiale de la vitesse. Deux positions axiales de mesure
sont considérées : x=0,002 m au tout début de la
portion traitée de la veine, et x=0,07 m en fin de
portion traitée. La coordonnée w est la distance par
rapport à la paroi, qui peut être soit la paroi rigide
(smooth wall), soit le matériau (lined wall). Enfin, les
mesures sont faites soit avec une excitation acoustique
à f=1,1 kHz via le haut-parleur (Ac), soit sans excitation
acoustique (NoAc). Le nombre de Mach est M=0,3.
Axial velocity fluctuation profiles (rms). Measurement
station x=0,002 m is at the beginning of the lined
part of the tube, while station x=0,07 m is at the end
of the lined section of the tube. The w-coordinate
represents the distance to the wall, either the lined
one or the smooth (rigid) one. Measurements are
done with (Ac) or without (NoAc) acoustic excitation
at frequency f=1,1 kHz. Mach number is M=0,3.