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44 Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Mise en évidence d’instabilités hydrodynamiques au-dessus d’un matériau absorbant acoustique en conduite avec écoulement
vitesse associée à l’onde acoustique est quant à elle de
l’ordre de 0,2 m/s. Il est donc clair que ce sont les effets
induits par l’onde acoustique, et non pas l’onde acoustique
elle-même, qui sont ici mesurés.
Intéressons nous pour finir aux structures de l’écoulement
pouvant expliquer les changements statistiques observés
sur la figure 9. La figure 10 (page 43) donne par exemple
le champ de vecteur vitesse instantané en moyenne en
phase, à la phase Φ1, avec la vorticité correspondante,
dans le cas où l’on excite la conduite avec une onde
acoustique à f=1,1 kHz. La figure fait apparaître un
tourbillon au niveau de la paroi supérieure (le matériau).
Les autres phases, Φ2… Φ10, montrent un tourbillon
identique mais qui est décalé dans l’espace à cause de son
entrainement par l’écoulement moyen. Ainsi le tourbillon
est-il convecté le long du matériau. D’autres types de
mesure ont par ailleurs confirmé cette convection, à
une vitesse de l’ordre de 50 m/s (cette vitesse apparaît
classiquement comme une moyenne entre la vitesse
nulle à la paroi et la vitesse de 108 m/s au centre de
la veine). L’évolution de la vitesse axiale fluctuante en
moyenne de phase en un point particulier du domaine est
représentée à la figure 11. On constate que la vitesse
oscille sinusoïdalement avec une amplitude de plus de
20 m/s, du fait du passage périodique des tourbillons.
L’amplitude d’oscillation est remarquablement élevée, si
l’on se rappelle que la vitesse de l’excitation acoustique
est au plus de 0,2 m/s. Le couplage aéroacoustique au-
dessus du matériau peut donc être important.
Il faut attirer l’attention sur le fait que la cartographie de
la figure 10 est obtenue en fin de portion traitée, pour
x>0,05 m. Des mesures plus globales (non représentées)
font apparaître une croissance axiale de ces tourbillons,
typiquement entre x=0,02 m et x=0,05 m. Ainsi, même
si une étude plus complète reste à faire, il paraît probable
qu’une instabilité hydrodynamique existe, avec une zone
de croissance axiale linéaire entre x=0 et x=0,02 m, et
que les tourbillons observés en représente la saturation
non-linéaire.
Conclusion
Plusieurs types de mesure ont été conduits sur un
traitement acoustique de paroi dans un canal. A un nombre
de Mach suffisamment élevé, le matériau acoustique
n’atténue pas l’onde acoustique incidente à sa fréquence
de résonance comme il le devrait, mais au contraire
fournit de l’énergie acoustique. Dans le même temps,
l’écoulement hydrodynamique subit une perte de charge
importante, montrant une forte interaction entre l’onde
acoustique et l’écoulement moyen. Enfin, en extrémité
de portion traitée, des tourbillons sont convectés à la
surface du matériau. Ces tourbillons trouvent selon toute
probabilité leur origine dans une instabilité hydrodynamique
qui se développe depuis le bord amont du matériau. Des
études restent à faire pour étudier l’instabilité dès sa
naissance au début du matériau absorbant.
Remerciements
Ces recherches bénéficient du soutien financié de la FRAE
(Fédération de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace)
dans le cadre du projet COMATEC (COmportement des
MATériaux acoustiques sous ECoulement).
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n
Fig. 11: Evolution avec la phase de la fluctuation de vitesse
en moyenne de phase au point indiqué par une croix
sur la figure 10. La courbe a été dupliquée (2 x 10
phases) pour une meilleure visibilité de la périodicité
Variation with the phase of the phase-averaged velocity
fluctuations at the point indicated by a cross in figure 10