DISCERN

Réduction du bruit provenant de la combustion pour les applications aéronautiques

Caractérisation des sources directes et indirectes en combustion pour la mesure et la réduction du bruit

Détermination des sources directes et indirectes en combustion pour la mesure et la réduction du bruit dans le domaine aéronautique

Le projet DISCERN s’intéresse à la question critique des sources de bruit issues de la combustion. L’identification de ces sources par la simulation ou la modélisation reste problématique et il est toujours nécessaire aujourd’hui de tester et valider les nouveaux concepts à l’aide de mesures sur prototypes. La distinction entre le bruit directement émis par la flamme et sa contribution indirecte, liée à la présence d’hétérogénéités dans l’écoulement de gaz brûlés, est envisagée ici simultanément sur les plans expérimentaux, théoriques et numériques. Une configuration à l’échelle du laboratoire est conçue afin de reproduire les processus physiques majeurs rencontrés dans les chambres de combustion de turbines (turbines aéronautiques mais aussi à gaz pour la production d’électricité). Sur le plan numérique, deux stratégies de modélisation sont envisagées, correspondant à deux niveaux de fidélité très différents : la simulation aux grandes échelles (LES) d’une part, et la modélisation d’ordre réduit d’autre part (ROM). Un effort particulier est dirigé vers une analyse très fine de la dynamique de combustion afin de mieux déterminer les sources acoustiques dans l’environnement de la flamme.

Une étude des sources de bruit menée conjointement sur les plans de l’expérimentation, de la simulation numérique et de la modélisation

Le banc expérimental est représentatif de situations pratiques associées aux moteurs de nouvelle génération. Ainsi, l’écoulement est mis en rotation (swirl) et la combustion est fortement pré-mélangée. De plus, la chambre de combustion est courte et équipée d’une tuyère adaptée à l’étude du bruit de combustion. Les conditions aux limites du système sont contrôlées. De nombreux capteurs et diagnostics sont disponibles de façon synchronisée, permettant une analyse poussée de la dynamique de combustion et des gaz brûlés.
La méthode de prédiction la plus précise dans ce contexte est la simulation aux grandes échelles (LES). La littérature montre que les fluctuations de pression à proximité des parois peuvent être correctement prédites par les solveurs LES dans les régimes dominés par les instabilités de combustion (couplages acoustiques forts). La prévision des niveaux de bruit de combustion dans ces systèmes en l’absence d’instabilités reste un challenge et les simulations proposées ici permettent des comparaisons avancées entre expériences et calculs. Les modèles bas-ordre sont développés en s’appuyant sur les résultats expérimentaux et numériques. Après validation, les résultats de calculs sont utilisés pour fournir les données et paramètres nécessaires à l’ajustement des modèles d’ordre réduit

RESULTATS

Nous avons développé une base de données expérimentale pour la validation des méthodes de prévision du bruit de combustion. Cette base contient des données directement exploitables pour la comparaison avec les résultats de calculs ou de modélisation. Nous avons mené des simulations aux grandes échelles extrêmement précises du système expérimental et démontré les capacités prédictives de la LES dans ce domaine. Nous avons identifié les sources de bruit directes et indirectes et amélioré notre compréhension de ces phénomènes. Nous avons proposé une méthodologie bas-ordre pour l’estimation du bruit issu de la combustion. Ces trois succès nous ont permis d’intégrer le projet européen RECORD dans la continuité de DISCERN.

PERSPECTIVES

Les travaux réalisés au cours de DISCERN présentent de nombreux aspects novateurs. Nous avons en particulier démontré notre capacité à précisément déterminer la répartition des sources acoustiques dans la chambre de combustion et à optimiser la géométrie de la tuyère associée sur le plan acoustique.

PRODUCTIONS SCIENTIFIQUES ET BREVETS

Les comparaisons entre expérimentation, simulation et modélisation nous ont permis de rédiger plusieurs communications conjointes, comme l’atteste notre liste de publications et communications.