Thermoviscous effects in acoustic radiation problems
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The world we live in, is constantly changing under the influence of science and technology. The modern day technology has enslaved us in such a manner that now one may imagine leading a life simply by sitting in front of a personal computer and getting all things done from there. This “one window”operation, in other words the technological advancement, has its own advantages and disadvantages. One of the unwanted byproduct of the technological and industrial development is pollution. One of the major forms of pollution is NOISE. Noise is and has always been the challenge for many industries such as aircraft and automobile industries. This problem arises with the use of more efficient and light weight materials. The lighter the material, the more the vibration. Since noise is directly related with the vibration of the structure, hence more vibration implies higher noise. Scientist and engineers have devised ways in order to stand up to this menace. Three methods are identified in general: 1. Active Noise Control 2. Noise Reduction through Absorbing Materials 3. Noise Reduction using Thermoviscous Fluids The main theme of this thesis is based on the last method. The present work deals with the thermoviscous characteristics of the fluids in reducing the radiated noise levels. Various configurations with varying cases have been considered to demonstrate the effectiveness of thermoviscous properties of the medium in noise elimination. The configurations studied are essentially kept simple and emphasis is rather put on finding the trends than solving complicated industrial problems. By and large, the investigation is limited to only regular structures, however, the fluids are studied in a comprehensive manner. A general fluid model is introduced which permits to examine any medium, provided the characteristics of the fluid are known. The proposed model relies on the simultaneous solution of the full set of Navier Stoke’s equations and hence is essentially different from the contemporary solution methods. A 3D solution is obtained using modified differential operators. This model is applied on the simple plates initially and later on the double wall panel. The theoretical results are encouraging in showing considerable gain in sound isolation with the use of thermoviscous media. Results for both air and water are shown. Experimental validation has been performed also. Differences are indicated in the text and appropriate reasons given. Before giving the conclusion, an innovative model of an equivalent plate is introduced. The method shown uses very high viscosity fluids such as Rhodorsil R 47 oils. The method is based on an asymptotic approach, which is considerably simpler than the full solution of the Navier Stoke’s equation. It has been shown that high damping factors are obtained using this technique. The method is accompanied by radiation result comparison which successfully indicates an incredible reduction in noise levels.
Abstract FR:
La science et la technologie ont une influence croissante sur notre vie quotidienne. On peut désormais s’imaginer voir le monde uniquement à travers le prisme d’un ordinateur. Ainsi, nous nous retrouvons asservis par la technologie moderne. Cette unique perspective, celle du progrès technologique, possède ses avantages et ses inconvénients. L’un des sousproduits indésirables de l’évolution technologique et industrielles est la pollution, et notamment la pollution sonore. Le bruit est et a toujours été un défi dans de nombreux secteurs industriels, tels que l’aéronautique ou l’automobile. Ce problème se pose surtout par l’utilisation de matériaux de plus en plus légers et performants. Toutefois, les vibrations d’une structure ont tendance à augmenter avec la légèreté du matériau utilisé, ce qui peut conduire à des niveaux de bruits importants, dans la mesure où le bruit rayonné par une structure est directement lié à ses vibrations. Pour réduire ces nuisances, les chercheurs et les ingénieurs ont développé différents moyens parmi lesquels : 1. Le contrôle du bruit actif, 2. La réduction du bruit à travers les matériaux absorbants, 3. La réduction du bruit en utilisant des fluides viscothermique. La présente thèse est basée sur l’utilisation des caractéristiques thermovisqueuse des fluides afin de réduire les niveaux de bruits générés par les structures. Différentes configurations ont été définies sur plusieurs cas pour démontrer l’efficacité des propriétés thermovisqueuses du milieu fluide dans la réduction du bruit. Les configurations étudiées ici restent simples, afin de mettre l’accent sur la recherche de tendances générales plutôt que sur la résolution de problèmes industriels complexes. L’étude se limite essentiellement aux structures régulières, bien que les fluides soient étudiés de manière plus globale. Un modèle général de fluide est introduit, permettant ainsi d’examiner n’importe quel milieu, pourvu que les caractéristiques du fluide soient connues. Le modèle proposé dans cette thèse repose sur la résolution simultanée du système complet des équations de Navier-Stokes qui de fait est fondamentalement différent des méthodes de résolution standards. Une solution tridimensionnelle est obtenue en utilisant des opérateurs différentiels modifiés. Ce modèle est tout d’abord appliqué à une plaque seule, puis à une double paroi. Les résultats théoriques sont encourageants, puisqu’ils mettent en évidence un gain considérable en matière d’isolation acoustique grâce à l’utilisation de milieux thermovisqueux. Les résultats pour de l’air et de l’eau sont ainsi présentés. Une validation expérimentale a aussi été réalisée. Les différences entre théories et expériences sont présentées et expliquées dans le texte. Pour finir, un modèle original de plaque équivalente est introduit. La méthode présentée s’appuie sur des fluides à très fortes viscosité comme les huiles Rhodorsil R 47. La méthode est basée sur une approche asymptotique, qui est considérablement plus simple que la résolution complète des équations de Navier-Stokes. Il a été montré que de forts facteurs d’amortissement sont obtenus en employant cette technique. Enfin, la comparaison des résultats permet de monter un réduction significative des niveaux de bruits rayonné.