Étude expérimentale des couplages entre la dynamique d’un jet qui heurte une plaque fendue et l’émission sonore générée

Self-sustaining sounds related to aero-acoustic coupling occurs in impinging jets when a feedback loop is present between the jet exit and a slotted plate: the downstream-convected coherent structures and upstream-propagating pressure waves generated by the impingement of the coherent structures on the plate are phase locked at the nozzle exit. The upstream-propagating waves excite the thin shear layer near the nozzle lip and result in periodic coherent structures. The period is determined by the convection speed of the coherent structures and the distance between the nozzle and the plate. Simultaneous measurements of the velocity fields and the acoustic waves in a plane jet impinging a slotted plate were performed using time-resolved particle image velocimetry (PIV) and a microphone. A better understanding of the flow physics and the aero-acoustic coupling are obtained thanks to spatio-temporal cross-correlations between the transverse velocity and the acoustic signals. Cross-correlations are calculated using two different methods: classical analysis of the original signals and by developing a pre-whitening technique. The latter method is useful for analyzing small random signals superimposed on a high amplitude pure tone.Un jet heurtant une plaque fendue peut générer, dans certaines configurations, des nuisances sonores. En effet, l’interaction de l’écoulement et de l’obstacle au niveau de la fente, sous certaines conditions, donne naissance à une perturbation remontant l’écoulement et pouvant contrôler son détachement à sa naissance. La perturbation produite par cette boucle de rétroaction optimise le transfert d’énergie du champ aérodynamique du jet vers le champ acoustique rayonné. Afin d’appréhender la dynamique tourbillonnaire, d’analyser les couplages entre cette dernière et les émissions sonores générées et de mieux comprendre les phénomènes responsables de ces nuisances, un dispositif expérimental basé sur de la métrologie laser a été réalisé. Ce système permet, d’une part, la génération de l’écoulement et la maitrise de ses paramètres (confinement, vitesse, forme,…) et d’autre part, la réalisation de plans lasers et de mesures par imagerie de particules (PIV). Ainsi le travail présenté dans ce manuscrit concerne les couplages qui existent entre la dynamique de l’écoulement heurtant une plaque fendue et les champs acoustiques générés. Les mesures de champs cinématiques d’un jet plan heurtant une plaque fendue par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) sont réalisées simultanément avec des mesures de champs acoustiques. Après avoir caractérisé les écoulements étudiés, on présente par des graphes spatio-temporels, les corrélations entre les signaux acoustiques et les vitesses de l’écoulement depuis la sortie du jet jusqu’à son arrivée à la plaque fendue. Ces corrélations sont calculées de deux manières : à partir de signaux bruts dans un premier temps, puis, dans un second temps, avec une méthode de pré-blanchiment (terme anglo-saxon : ‘’pre-whitening’’). Cette méthode vise à mettre en exergue l’existence d’une instabilité globale du jet qui existe dans les signaux analysés. Cette instabilité est importante pour la boucle de rétroaction des sons auto-entretenus, mais quasiment masquée devant les phénomènes principaux dominants (tourbillons primaires) dans le calcul des inter-corrélations