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68 Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Influence des conditions aux limites acoustiques sur le bruit de combustion en configuration confinée
pour rendre l’étude plus facile à lire, nous allons nous
concentrer uniquement sur le point A. La même analyse a
été effectuée pour les points B et C.
Point A Point B Point C
Etagement a 0,3 0,5 0,4
Richesse f 0,75 0,90 0,80
Puissance 29 KW 34 KW 31 KW
Tabl. 1 : Régimes de fonctionnement identifiés pour l’étude du
bruit de combustion, débit d’air total Q a,t = 35 Nm3h-1
Operating conditions chosen for combustion noise
investigation Q a,t = 35 Nm3h-1
Plaque perforée munie d’une cavité
Le système de contrôle passif est composé d’une plaque
perforée et d’une cavité à profondeur réglable, avec un
écoulement moyen à travers la plaque. Une fois optimisé,
ce système peut contrôler efficacement le module
du coefficient de réflexion amont du brûleur pour des
oscillations de pression incidente de grande amplitude
[11]. Ce système de contrôle a été adapté sur le banc
expérimental de combustion et ses effets sont présentés
dans la section suivante. Le coefficient de réflexion R d’une
plaque perforée munie d’une cavité avec un écoulement
moyen a été modélisé et les données expérimentales
ont été comparées avec les prédictions théoriques pour
des plaques à faible porosité (s < 10%), compactes par
rapport à la longueur d’onde incidente (a << d << l) et
sans interactions entre les perforations (a << d) [12, 13].
Ces modèles sont basés sur une évaluation du gradient de
pression au travers de la plaque perforée qui peut être liée
au saut de pression par la conductivité de Rayleigh KR des
ouvertures. Cette conductivité est une fonction du nombre
Strouhal (St = w a/U) basé sur la vitesse d'écoulement et
le rayon du trou, comme démontré par Howe [12] : KR =
g - id , où les parties réelle et imaginaire sont entièrement
déterminées par les fonctions de Bessel du nombre de
Strouhal St. Grâce à ces éléments, une expression pour
le coefficient de réflexion complexe R de la face avant
de la plaque perforée peut être obtenue en fonction
des paramètres géométriques a et d, de la profondeur
de la cavité L, de la vitesse de l’écoulement moyen par
l'intermédiaire du nombre de Strouhal et de la fréquence
par l'intermédiaire du nombre d’onde k = 2 p f/c0 [13].
Un paramètre intermédiaire h = 2 a/d 2 KR est introduit,
de sorte que :
€
R = (ik /h ) + 1 − (i /tan(kL))
(ik /h ) −1 − (i /tan(kL))
Cinq paramètres (a, d, L, f, U) peuvent être utilisés pour
contrôler le coefficient de réflexion. Ce nombre peut être
facilement réduit en raison de contraintes géométriques
et des conditions de fonctionnement envisagées. Le
banc expérimental de combustion présente une forte
instabilité aux basses fréquences, correspondant aux
modes acoustiques longitudinaux. Les premiers modes
instables sont généralement observés entre 100 et
1 000 Hz, fréquences pour lesquelles le système de
contrôle de l’impédance est donc optimisé. Ce système
peut néanmoins être adapté pour des fréquences plus
élevées. La validité du modèle est limitée à des plaques
de faible porosité (s < 10%), sans aucune restriction sur
la taille des perforations a ou de l'espacement d. Ces
deux paramètres ont donc été optimisés et fixés, pour des
raisons pratiques: a = 0,5 mm et d = 4 mm. Enfin, il a été
montré qu’une vitesse d'écoulement U = 9 m/s peut être
utilisée pour maximiser les propriétés d’atténuation du
système dans la gamme de fréquences voulues, une fois
que les paramètres géométriques sont définis [7, 11]. Le
dernier paramètre de contrôle, la profondeur de la cavité
L, a été choisi pour piloter les propriétés du système. Sa
valeur maximale L = 50 cm est imposée par la fréquence
la plus basse à laquelle le contrôle doit agir efficacement.
Influence de la plaque perforée sur les
instabilités de combustion
La profondeur optimale de la cavité (Lopt) dépend de la
fréquence de l’instabilité à amortir. Cette longueur a été
identifiée pour les différents points de fonctionnement.
Des tests sont effectués pour mettre en évidence l’effet
de la plaque perforée sur le spectre du bruit émis.
Comme décrit précédemment, le système de contrôle est
utilisé pour adapter l’impédance d’entrée et atténuer le
couplage entre la combustion et les modes acoustiques
de la chambre de combustion. Les densités spectrales
de puissance (PSD) des microphones M2 et M5 sont
tracées pour évaluer l’effet du système sur l’amplitude du
pic de résonance. Le coefficient de réflexion R à l’entrée
du brûleur est mesuré à l’aide des trois microphones
situés dans l’injecteur (M1, M2 et M4). Sans le système
de contrôle, le module du coefficient de réflexion amont
est légèrement inférieur à l’unité (|R| = 0,8), une valeur
prévisible pour une paroi rigide.
Ce léger écart par rapport à l’unité est peut être dû
à l’écoulement de l’air à travers les perforations qui
atténue les ondes acoustiques ou par les cavités
créées par les perforations dans la plaque qui peuvent
également créer une atténuation. Dans cette situation,
une fort pic d’oscillation correspondant à un régime
Fig. 5 : Plaque perforée munie d’une cavité, en
présence d’un écoulement moyen
Perforated plate backed by a cavity, in
presence of a mean bias flow