{"id":{"repo_id":"sherbrooke","oai_identifier":"oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/22437"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/sherbrooke/oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/22437","repository":{"repo_id":"sherbrooke","name":"Université de Sherbrooke","base_url":"https://usherbrooke.scholaris.ca/server/oai/request"},"display":{"title":"Numerical characterization of rotor broadband noise sources in a high bypass-ratio turbofan","abstract":"Le rôle du bruit de rotor devient plus important avec des développements récents des turboréacteurs. Il peut se comparer avec le bruit de l'interaction rotor-stator à cause de l'augmentation du diamètre de rotor ainsi que de la vitesse en tête de la pale. Par contre, il n'y a pas beaucoup d'études particulières sur les source du bruit de rotor, et il n'y a pas d'études numériques détaillées qui pourraient quantifier l'importance des sources différents de rotor. C'est particulièrement lié au comportement complexe de l'écoulement de rotor, qui ne peut être modélisé que par les méthodes de haute précision. L'autre facteur c'est les ressources numériques importantes dont on a besoin pour résoudre l'écoulement autour de rotor. Le but de cette étude est de compléter l'information existante sur les sources de bruit de rotor par des simulations numériques dans la configuration réaliste du rotor de turboréacteur à fort taux de dilution. Elle comprend la simulation aux grandes échelles (LES) modélisée et résolue en paroi, qui est capable de résoudre la plupart du spectre de turbulence et capturer les sources de bruit à large bande autour du rotor. La LES résolue en paroi dans une configuration réaliste de rotor de turboréacteur est atteinte pour la première fois. Les effets de résolution en paroi, des schémas numériques et des conditions aux limites sur la propagation acoustique sont étudiés dans plusieurs calculs LES. Les résultats LES sont comparés avec la méthode Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS), qui est le standard dans l'ingénierie. Cette méthode demande moins de ressources que LES, mais elle n'est pas capable de résoudre la turbulence. Par conséquence, on a besoin des modèles analytiques pour calculer les sources du bruit. L'écoulement autour du rotor est modélisé pour les conditions subsoniques et transoniques pour les deux méthodes. Les résultats sont validés aves les mesures NASA pour les données aérodynamiques et acoustiques. Un bon accord avec les résultats d'essais est démontré ainsi que l'avantage des résultats actuels par rapport à ceux trouvés dans la littérature. L'identification des sources du bruit particulières est faite par différentes méthodes de post-traitement, dont certaines ont été implementées dans ce travail de thèse. Le bruit de rotor est estimé par les calculs acoustiques du rayonnement global ainsi que par la modélisation semi-analytique des sources particulières. Cet analyse permet de quantifier l'amplitude ainsi que la contribution fréquentielle de chaque source acoustique et de souligner celles qui sont prépondérantes. Il est montré que le source du bruit de jeu est le plus efficace dans les basses et moyennes fréquences. Dans les moyennes et hautes fréquences, ce sont les sources du bruit du bord de fuite et de jeu qui sont de la même importance. Ces deux sources du bruit sont les sources majeures dans le rayonnement acoustique total du rotor.","abstract_html":"Le rôle du bruit de rotor devient plus important avec des développements récents des turboréacteurs. Il peut se comparer avec le bruit de l'interaction rotor-stator à cause de l'augmentation du diamètre de rotor ainsi que de la vitesse en tête de la pale. Par contre, il n'y a pas beaucoup d'études particulières sur les source du bruit de rotor, et il n'y a pas d'études numériques détaillées qui pourraient quantifier l'importance des sources différents de rotor. 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Ces deux sources du bruit sont les sources majeures dans le rayonnement acoustique total du rotor.","The role of the rotor noise becomes more important with the recent developments of the turbofan engines. It can compete with the rotor-stator interaction noise due to increased rotor diameter and the tip speed. Yet, there are little studies devoted to the estimation of the rotor noise sources, and there are no detailed numerical simulation that would allow quantifying the role of diffeerent rotor noise sources. It is linked to the complex flow behavior that can be simulated only with high-fidelity numerical methods. The other factor is the large computational resources needed to resolve the flow around the rotor. The current thesis aims at filling the lack of information on the rotor noise sources by achieving high-fidelity numerical simulations in a realistic configuration of the High Bypass Ratio (HBR) turbofan rotor. It employs wall-modeled and wall-resolved Large Eddy Simulation (LES) method, which is capable of resolving most of the turbulent spectrum, and consequently to capture the broadband noise sources around the rotor. The wall-resolved LES in a realistic turbofan rotor is achieved for the first time. The effects of the wall resolution, the numerical scheme and the boundary conditions on the acoustics propagation are studied in several LES cases. The LES results are compared with the engineering-standard Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) method, which requires moderate computational resources compared to LES, but lacks the turbulence resolution and hence needs analytical models to compute the noise sources. The rotor flow is computed for subsonic and transonic operating conditions for both methods. The results are validated on an experimental benchmark in terms of both aerodynamics and acoustics. A good agreement with the experimental results is demonstrated, as well as the superiority of the current results over those available in the literature. The identification of the particular rotor noise sources is made by using multiple post-processing methods, part of which was implemented during the research. The rotor is studied by computing the overall sound radiation as well as semi-analytical modeling of each noise source. Such an analysis allows quantifying both relative strength and frequency range of each noise source, and highlighting the most important of them. It is shown that the tip noise source is most effective in the low-to-middle frequency range, while in the middle-to-high frequency range the tip and the trailing-edge noise compete with each other. 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