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Other titre : Un modèle numérique de l’excitation couche limite turbulente pour prédire le bruit à l’intérieur d’une automobile

dc.contributor.advisorAtalla, Noureddine
dc.contributor.advisorMoreau, Stéphane
dc.contributor.authorVadavalli, Venkata Phani Kiranfr
dc.date.accessioned2018-12-20T16:26:40Z
dc.date.available2018-12-20T16:26:40Z
dc.date.created2018fr
dc.date.issued2018-12-20
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/14485
dc.description.abstractL’objectif principal de la thèse est de développer une approche numérique basée sur la dynamique computationnelle des fluides (CFD) pour modéliser une excitation produite par une couche limite turbulente (TBL) et, par la suite, prédire le bruit à l’intérieur de l’automobile. A cet égard, deux corps non profilés (bluff) ont été considérés : a) Un obstacle représentatif du pilier A et b) un rétroviseur générique. Ces deux corps non profilès sont placés sur un système plaque-cavité qui représente la cabine intérieure et la vitre latérale d’une automobile. Les fluctuations de la pression pariétale (WPF) sont finement résolues en utilisant une analyse CFD. Par la suite, elles sont quantifiées en termes de spectre de puissance, de spectre croisé, de cohérence et de spectre de fréquence d’onde en utilisant le code k-omega développé dans cette thèse. Grâce à la longue durée calculée par CFD, et de la finesse du maillage, les zones acoustiques et aérodynamiques sont correctement capturées pour une analyse vibro-acoustique poussée. Trois stratégies numériques sont proposées pour calculer la puissance injectée à la plaque : 1) Identification des paramètres empiriques du modèle Corcos à partir de la WPF, 2) Calcul de la puissance injectée dans le domaine du nombre d’ondes, et 3) Échantillonnage aléatoire de l’excitation TBL. Ces différentes approches ont été comparées et discutées pour proposer une approche optimale du point de vue computationnel. En d’autres termes, la véritable réalisation a consisté à trouver une méthode efficace en terme du temps de calcul pour coupler le modèle CFD de la WPF aux modes propres de la plaque afin d’obtenir la puissance injectée. Le couplage entre la structure spatiale de l’excitation et les modes propres de la structure est donnée par la “joint-acceptance”. Les indicateurs vibro-acoustiques du système plaque-cavité, comme la puissance injectée, la vitesse quadratique et la pression quadratique, sont calculés à l’aide de l’approche d’analyse énergétique modale et statistique (SEA). La procédure numérique CFD/SEA appliquée à un système plaque-cavité est validée par des expériences menées dans la soufflerie de Purdue University. Parmi les trois approches numériques, le modèle Corcos dérivé de CFD semble très prometteur en termes d’efficacité en temp de calcul, car il est basé sur une méthode analytique. La meilleure approche en termes de calcul et précision est la seconde, qui résout complètement le WPF de la TBL en utilisant une CFD transitoire et calcule la puissance injectée dans le domaine de nombre d’ondes. L’originalité de cette thèse est l’estimation des paramètres du modèle de Corcos à partir d’un calcul CFD statistiquement convergé de la pression pariétale. Une autre contribution originale est de réduire le temps de calcul au niveau de l’intégration dans l’espace du nombre d’onde de la joint acceptance en proposant un nouveau critère pour les limites supérieure d’intégration.fr
dc.description.abstractAbstract: The main objective is to develop a Computational Fluid Dynamics(CFD) based numerical approach to model the turbulent boundary layer (TBL) excitation and later predict the interior noise. In this regard, two automobile bluff bodies were considered a) flat fence representative of A-pillar and b) generic side mirror. These two bluff bodies are placed over a plate-cavity system as a representation of side window-interior cabin of an automobile. Turbulent Wall-Pressure Fluctuations (WPF) are finely resolved using unsteady CFD analysis and later quantified in terms of power spectrum, cross-spectrum, coherence and wavenumber-frequency spectrum using the k-omega code developed as a part of this work. Due to a lengthy CFD run and finely resolved CFD mesh, both acoustic and aerodynamic zones were properly captured for further vibro-acoustic analysis. Three numerical strategies are proposed to calculate the TBL power input to the plate. 1) Identification of empirical Corcos model parameters from unsteady CFD WPF through curve fitting; 2) TBL power input calculation in wavenumber domain; 3) Random sampling of TBL excitation. Different approaches have been compared and discussed to propose a computationally optimal approach. In simple words, the real task at hand is to find a computationally efficient approach to couple the CFD WPF with plate modeshapes to obtain the TBL power input. The coupling strength between excitation and structural modeshapes is given by “joint-acceptance”. The vibro-acoustics indicators of plate-cavity system like input power, quadratic velocity, quadratic pressure are calculated using Modal and Statistical Energy Analysis (SEA) approach. The numerical CFD/SEA procedure applied for a plate-cavity system is validated with experiments conducted at Purdue University wind tunnel. Among the three numerical approaches, CFD derived Corcos model looks very promising in terms of computational efficiency as its based on analytical method. The best approach in terms of accuracy and computation is the second one, which fully resolves the TBL WPF using unsteady CFD and calculate the TBL power input to plate in wavenumber domain. The originality of thesis is due to the estimation of Corcos parameters from a statistically converged CFD wall-pressure. Another original contribution is to minimize the computational effort in the wavenumber integration of joint acceptance by proposing a new criterion for upper limits.en
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Venkata Phani Kiran Vadavallifr
dc.rightsAttribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 2.5 Canada*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ca/*
dc.subjectAutomobile wind noisefr
dc.subjectAerodynamicsfr
dc.subjectAero-acousticsfr
dc.subjectComputational fluid dynamicsfr
dc.subjectTurbulent boundary layerfr
dc.subjectVibro-acousticsfr
dc.subjectBruit du vent automobilefr
dc.subjectAérodynamiquefr
dc.subjectAéro-acoustiquefr
dc.subjectCouche limite turbulentefr
dc.subjectDynamique computationnelle des fluidesfr
dc.subjectVibro-acoustiquefr
dc.titleA numerical model for turbulent boundary layer excitation to predict interior noise in automobilefr
dc.title.alternativeUn modèle numérique de l’excitation couche limite turbulente pour prédire le bruit à l’intérieur d’une automobilefr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineGénie mécaniquefr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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