Structural and acoustic intensity in pipes

Intensités vibratoire et acoustique dans les tuyaux

Kresimir Trdak (1)

1 CETIM - Centre Technique des Industries Mécaniques

The subject of the thesis is the propagation of vibratory and acoustic energy in pipes. The study begins by presenting the general shell theory in tensor notation. Cylindrical shell theories of Flugge and Flugge-Timoshenko are used to describe the vibratory behavior of the pipe. In the Flugge-Timoshenko theory are included the effects of shear and rotary inertia. The fluid inside the pipe is supposed to be acoustic and its behavior is modeled by the wave equation in the cylindrical coordinates. The coupling between the pipe wall and the fluid is taken into account. Elastic waves propagating in the pipe wall and the acoustic waves in the internal fluid spread along the axial sense of the pipe as free, evanescent and attenuated waves. The net transferred energy is composed of structure-borne and fluid-borne contribution. Each of these contributions is the outcome of interaction between free waves on one hand and evanescent waves on the other hand. The interaction of attenuated waves does not produce the net energy flow but creates evanescent stationary waves. Given the coupling between the pipe wall and the internal fluid, the total energy flow may be expressed in terms of pipe wall displacements. This allows developing experimental techniques that determine the total energy flow out of measurement of pipe wall vibrations. Results of tests performed in laboratory conditions and an industrial application on the piping of refrigerating compressor are presented.

Dans cette thèse est étudié le problème de la propagation des énergies vibratoire et acoustique dans les tuyaux. L'étude commence par la présentation de théories des coques générales en notation tensorielle. Les théories des coques cylindriques de Flügge et de Flügge-Timoshenko sont utilisées pour décrire le comportement vibratoire de la paroi du tuyau. La théorie de Flügge-Timoshenko inclut les effets de cisaillement et d'inertie de rotation. Le fluide à l'intérieur du tuyau est supposé acoustique et son comportement est modélisé par l'équation d'ondes dans le repère cylindrique. Le couplage entre la paroi et le fluide interne est pris en compte. Les ondes élastiques qui se propagent dans la paroi du tuyau et celles acoustiques dans le fluide interne parcourent le tuyau dans le sens axial sous forme d'ondes libres, évanescentes et atténuées. L'énergie nette totale transférée dans le tuyau est constitué de la contribution vibratoire et acoustique. Chaque contribution est due à l'interaction des ondes libres d'une part et à l'interaction des ondes évanescentes d'autre part. L'effet de l'interaction des ondes atténuées n'est pas un transfert d'énergie nette mais une formation d'ondes évanescentes stationnaires. En raison du couplage entre la paroi le fluide interne, le flux total d'énergie nette peut être exprimé en termes de déplacements de la paroi. Ceci permet le développement des techniques expérimentales pour déterminer le flux total par la mesure des grandeurs vibratoires sur la paroi. Les résultats des essais réalisés en laboratoire et sur la tuyauterie d'un compresseur frigorifique sont présentés

Mots clés: Piping; Pipe; Cylindrical shell; Acoustics; Acoustic waveguide

Mots clés: Tuyauterie; Canalisation; Coque cylindrique; Vibration; Tube; Acoustique; Guide onde acoustique

Domaines: Acoustique [physics.class-ph]

Kresimir Trdak. Intensités vibratoire et acoustique dans les tuyaux. Acoustique [physics.class-ph]. Université de Technologie de Compiègne, 1995. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00424848⟩