Description du sujet de thèse

Au CNRS, sur le site situé sur le campus de l'Université de Poitiers, l'Institut PPrime recrute un doctorant ou une doctorante pour étudier la manière numérique un écoulement de canal turbulent en présence de cavités de paroi, ces dernières servant d'absorbants acoustiques.
La thèse est financée par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche, projet ACOUDRAG) associant l’institut Pprime, l’ONERA Toulouse, et le Cerfacs, et le travail de thèse sera fait en collaboration avec ce dernier.

Contexte de travail

Une partie importante du bruit émis par les avions provient de leurs réacteurs, et plus particulièrement de la soufflante. Pour réduire ce bruit, des revêtements absorbants acoustiques sont employés. Ils sont constitués de multiples résonateurs de Helmholtz placés dans la paroi de la nacelle et sont séparés de l’écoulement turbulent rasant par une plaque perforée. L’objectif de la thèse est de mieux comprendre ces matériaux d’un point de vue aérodynamique et acoustique, au moyen de simulations numériques, lesquelles seront menées dans des configurations académiques de canal plan.

Dans une conduite traitée acoustiquement où un écoulement turbulent est présent, ce dernier interagit avec le matériau absorbant acoustique placé en paroi, ce qui a deux conséquences. Premièrement, les propriétés acoustiques du revêtement sont affectées. Ainsi, l’impédance acoustique, qui constitue la principale caractéristique du revêtement, est modifiée de manière non triviale par rapport à sa valeur sans écoulement. Deuxièmement, les revêtements modifient l’écoulement et augmentent le frottement (trainée induite), ce qui constitue un sujet de préoccupation plus récent. La manière dont cela se produit est encore mal comprise et seules quelques études numériques [1,2] ou expérimentales [3,4] ont abordé cette question.

L’objectif général de cette thèse est de comprendre l’interaction complexe entre l’écoulement, les ondes acoustiques, et le matériau absorbant dans une conduite, au moyen de simulations numériques. Des simulations d’écoulements turbulents pariétaux (canal plan ou couche limite) seront menées, en présence d’une onde acoustique incidente à atténuer, et d’un matériau absorbant placé sur une portion des parois. Jusqu’à présent, des simulations de ce genre ont été réalisées à l’institut Pprime dans lesquelles des matériaux ont été modélisés par des impédances de paroi [5,6]. Ceci a permis d’étudier la modification de la turbulence par ces matériaux, notamment du fait d’instabilités. Toutefois, un tel cadre implique que la rétroaction de l’écoulement sur le comportement du matériau (son impédance) est ignorée, et il s’agit dans la présente thèse d’aller au-delà de cette modélisation simplificatrice en prenant en compte la géométrie des matériaux dans les simulations. C’est-à-dire que les cavités résonantes de paroi seront maillées. Les simulations seront menées avec le code de calcul AVBP développé par le Cerfacs (https://www.cerfacs.fr/avbp7x/), qui a été utilisé pour étudier le comportement thermique de matériaux similaires aux matériaux absorbants acoustiques considérés ici [7]. Ce code résout les équations de Navier-Stokes compressibles via des simulations numériques directes (DNS) ou aux grandes échelles (LES). Les simulations réalisées permettront d’étudier les matériaux absorbants sous deux angles :
1. celui du comportement acoustique. La dépendance de l’impédance avec l’écoulement sera étudiée,
2. celui de la perte de charge induite. On se demandera en particulier à quel point cette dernière est reliée à l’excitation par l’onde acoustique incidente.

-Sujet avec images disponible sur le site internet du laboratoire:
https://pprime.fr/emploi/phd-thesis-2024-numerical-simulations-of-acoustic-liners-in-turbulent-wall-bounded-flows/

*Bibliographie :
[1] Q. Zhang and D. J. Bodony, Numerical Investigation of a Honeycomb Liner Grazed by Laminar and Turbulent Boundary Layers, Journal of Fluid Mechanics, vol. 792, pp. 936-980, 2016.
[2] L. M. Pereira, L. A. Bonomo, A. R. da Silva, J. A. Cordioli and F. Avallone, Lattice-Boltzmann Numerical Investigation of a Realistic Multi-Cavity Acoustic Liner with Grazing Flow, in 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics 2022 Conference, Southampton, 2022.
[3] C. Jasinski and T. Corke, Mechanism for Increased Viscous Drag over Porous Sheet Acoustic Liners, AIAA J., vol. 58, 2020.
[4] M. Zheng, C. Chen and X. Li, Experimental investigation of factors influencing acoustic liner drag using direct measurement, Aerospace Science and Technology, vol. 130, 2022.
[5] Sebastian R, Marx D, Fortuné V, Numerical simulation of a turbulent channel flow with an acoustic liner, J. Sound Vib. 456 (2019) 306-330.
[6] Marx D, Sebastian R, Fortuné V, Simulation of instability and sound production in a turbulent
channel flow with an acoustic liner, J. Sound Vib. 573 (2024) 118223.
[7] Esnault S, Duchaine F, Gicquel L. Y. M., Moreau S., Analysis of upstream turbulence impact on wall heat transfer in an acoustic liner with Large-Eddy Simulations, Appl. Sci. 13 (2023), 3145.

Le candidat ou la candidate devra être titulaire d’un diplôme de Master 2 et/ou d’un diplôme d’ingénieur, avec des connaissances en mécanique des fluides, acoustique, et simulations numériques.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Des déplacements de courte durée, en France et à l'étranger, sont à prévoir.

Informations complémentaires

La date de début de contrat est flexible, elle pourra être reportée, le cas échéant, en début d'année 2025.