Budgets of Disturbances Energy for Nozzle Flows at Subsonic and Choked Regimes

Bilans d'énergie de perturbations pour des écoulements de tuyère en régimes subsoniques et amorcés

Maxime Huet (1)

1 DAAA, ONERA, Université Paris-Saclay (COmUE) [Châtillon]

The noise generated by the passage of acoustic and entropy perturbations through subsonic and choked nozzle flows is investigated numerically using an energetic approach. Low-order models are used to reproduce the experimental results of the hot acoustic test rig (HAT) of Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), and energy budgets are performed to characterize the reflection, transmission, and dissipation of the fluctuations. Because acoustic and entropy perturbations are present in the flow in the general case, classical acoustic energy budgets cannot be used and the disturbances energy budgets proposed by Myers (1991, “Transport of Energy by Disturbances in Arbitrary Steady Flows,” J. Fluid Mech., 226, pp. 383–400.) are used instead. Numerical results are in very good agreement with the experiments in terms of acoustic transmission and reflection coefficients. The normal shock present in the diffuser for choked regimes is shown to attenuate the scattered acoustic fluctuations, either by pure dissipation effect or by converting a part of the acoustic energy into entropy fluctuations.

Le bruit généré par le passage de perturbations acoustiques et entropiques à travers des écoulements de tuyères subsoniques ou amorcés est étudié numériquement en utilisant une approche énergétique. Des modèles bas-ordre sont utilisés pour reproduire les résultats expérimentaux du "Hot Acoustic Test rig" (HAT) du DLR et des bilans d'énergie sont réalisés pour caractériser la réflexion, la transmission et la dissipation des fluctuations. Dans le cas général, des perturbations acoustiques et entropiques sont présentes dans l'écoulement et les bilans d'énergie acoustique classiques ne peuvent pas être utilisés. A la place, on utilise les bilans d'énergie de perturbations proposés par Myers (Myers, 1991, ”Transport of energy by disturbances in arbitrary steady flows”, J. Fluid Mech., 226, pp. 383-400). Les résultats numériques sont en très bon accord avec les mesures pour les coefficients de transmission et de réflexion acoustique. Le choc normal présent dans le diffuseur pour les régimes amorcés atténue la réflexion et la transmission des ondes acoustiques, soit par dissipation ou bien en convertissant une partie de l'énergie acoustique en fluctuations d'entropie.

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Physique [physics]

Maxime Huet. Budgets of Disturbances Energy for Nozzle Flows at Subsonic and Choked Regimes. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2018, 140 (11), pp.112602-1 - 1126029. ⟨10.1115/1.4038473⟩. ⟨hal-02181779⟩