The entropy noise in modern engines is mainly originating from two types of mechanisms.First, chemical reactions in the combustion chamber lead to unsteady heat releasewhich is responsible of the direct combustion noise. Second, hot and cold blobsof air coming from the combustion chamber are advected and accelerated throughturbine stages, giving rise to the so-called entropy noise (or indirect combustionnoise). In the present work, numerical characterization of indirect combustion noiseof a Nozzle Guide Vane passage was assessed using three-dimensional Large EddySimulations. The study was conducted on a simplified topology of a real turbinestator passage, for which experimental data were available in transonic operatingconditions. First, a baseline case was reproduced to validate a numerical finite volumesolver against the experimental measurements. Then, the same solver is used toreproduce the effects of incoming entropy waves from the combustion chamber andto characterize the additional generated acoustic power. Periodic temperature fluctuationsare imposed at the inlet, permitting to simulate hot and cold packets of aircoming from the unsteady combustion. The incoming waves are characterized bytheir characteristic wavelength; therefore, a parametric study has been conductedvarying the inlet temperature of the passage, generating entropy waves of greaterwavelengths. The study proves that the generated indirect combustion noise canbe significant. Moreover, the generated indirect combustion noise increases as thewavelength of the incoming disturbances increases. Finally, the present work suggeststhat, in transonic conditions, there might be flow features which enhance theindirect combustion noise generation mechanism.

L’objectif de la thèse est le développement d'une stratégie pour quantifier expérimentalement le bruit indirect et le séparer du bruit direct, puisque le bruit direct et indirect co-existent dans la plupart des applications. La configuration retenue pour l'étude est un banc expérimental avec une tuyère et la stratégie proposée a pour l’objectif de mesurer les fonctions de transfert de la tuyère. Le premier chapitre définit les fonctions de transfert de la tuyère utilisée dans l'étude comme référence pour la validation de la stratégie. Le deuxième chapitre présente une configuration originale qui génère simultanément le bruit direct et indirect sans introduire la combustion. Le troisième chapitre détaille les méthodes pour évaluer les ondes acoustiques et d'entropie à partir des mesures de température et de pression. Le quatrième chapitre termine la première partie de la thèse en décrivant la stratégie avant de la tester avec les signaux expérimentaux et numériques de haute fidélité. La deuxième partie se concentre sur l'utilisation de la stratégie dans les simulations à grandes échelles d'un brûleur à combustion turbulente. Les simulations sont validées par des données expérimentales tandis que les signaux sont traités à quantifier le bruit direct et indirect de combustion dans la chambre. / The objective of the thesis is the development of a practical strategy to quantify experimentally indirect noise and to discriminate it from direct noise as they co-exist in most practical conditions. The configuration retained for the study is a test bench with a nozzle and the proposed the strategy relies on nozzle transfer functions. The first chapter defines the nozzle transfer functions used in the study as references for the validation of the strategy. The second chapter introduces an original setup that generates simultaneously direct and indirect noise without handling combustion. The third chapter details the methods to evaluate the acoustic and entropy waves from raw temperature and pressure signals. The fourth chapter closes the first part of the study by describing the strategy then testing it on high-fidelity simulation and experimental signals. The second part focuses on the use of the strategy in Large Eddy Simulations of a turbulent combustion test bench. Simulations are validated by experimental data then raw signals are processed to quantify the direct and indirect noise sources as well as the direct and indirect noise contributions.

Avec la réduction du bruit de jet et de soufflante dans les moteurs aéronautiques modernes, la contribution relative du bruit de combustion (BC) a augmenté de manière significative au cours des dernières décennies. Deux mécanismes ont été identifiés comme étant du BC dans les années 70 : le bruit de combustion direct (BCD) et le bruit de combustion indirect (BCI). Le coeurde la thèse est axé sur le BCI avec le développement d’un modèle semi-analytique 2D axisymétrique prenant en compte la distorsion des ondes entropiques afin de prédire le BCI dans des écoulements de tuyère. L’état de l’art réalisé dans le premier chapitre met en évidence la nécessité d’améliorer la prédiction du BCI des modèles 1D en introduisant la distorsion radiale des ondes entropiques dans la tuyère. Le second chapitre du manuscrit détaille les outils disponibles à l’ONERA pour l’étude du BCI. Le modèle 2D est développé dans le troisième chapitre où les équations d’Euler sont réécritesen 2D pour la partie entropique et en 1D pour les perturbations acoustiques. Le quatrième chapitre décrit les simulations numériques réalisées pendant la thèse sur la configuration retenue (la tuyère DISCERN) : un calcul RANS et deux simulations des grandes échelles (SGE) sont effectués respectivementpour l’utilisation et la validation du modèle 2D. Dans le dernier chapitre, l’application du nouveau modèle utilisant le champ moyen RANS est accompli, les résultats sont comparés au modèle 1D et validés par confrontation avec les prédictions SGE. / Due to the reduction of jet mixing noise and fan noise in modern aero engines, the relative contribution of combustion noise (CN) has significantly increased over the last few decades. Two mechanisms have been identified as CN in the 70’s: direct combustion noise (DCN) and indirect combustion noise (ICN). A focus is made on the ICN in this thesis with the development of a twodimensionalaxisymmetric semi-analytical model taking into account the distortion of the entropy waves in order to predict the ICN for nozzle flows. The state of the art performed in the first chapter highlights the necessity to improve the prediction of ICN of 1D models by introducing the radial distortion of the entropy waves inside the nozzle. The second chapter of the manuscript details the ONERA’s tools for studying ICN. The 2D model is developed in the third chapter where the Euler equations are rewritten in 2D formfor the entropic part while acoustic perturbations are considered to be 1D. The fourth chapter describes the numerical computations performed during the thesis onthe retained configuration (the DISCERN nozzle): a RANS and two large eddy simulations (LES) are carried out respectively for the use and the validation of the 2D model. In the last chapter, the application of the new model using the RANS meanfield is performed, the results are compared tothe 1D model and validated by confrontation with the LES predictions.

Pratiquement toutes les chambres de combustion présentent des instabilités. Par conséquent, il est nécessaire de mieux les comprendre afin de les contrôler. Une possibilité est de simuler l’écoulement réactif à l’intérieur d’une chambre de combustion grâce à la Simulation aux Grandes Echelles (SGE). Cependant la SGE est très coûteuse en terme de capacité de calcul. Une autre possibilité est de réduire la complexité du problème à une simple équation d’onde thermoacoustique (équation dite de Helmholtz), qui peut être résolue en fréquence comme un problème aux valeurs propres. Le couplage entre l’acoustique et la flamme est alors prise en compte au travers des modèles appropriés. Le principal problème de cette méthode est qu’elle repose sur l’hypothèse d’un nombre de Mach nul. Tous les phénomènes liés à l’écoulement moyen sont donc négligés. La présente thèse propose une nouvelle stratégie pour prendre en compte certains effets de l’écoulement dans un contexte à Mach nul. Dans une première partie, la manière la plus judicieuse d’imposer un élément présentant un écoulement très rapide est étudiée. La seconde partie se focalise sur le couplage entre l’acoustique et les hétérogénéités de température qui sont générées par la flamme et naturellement convectées par l’écoulement moyen. Ce phénomène est important car il est responsable du bruit indirect de combustion qui peut conduire à une instabilité thermoacoustique. Un nouveau type de condition limite (DECBC) est proposé afin de prendre en compte ce mécanisme dans un contexte de résolution de l’équation de Helmholtz à Mach nul. Dans la dernière partie, une chambre de combustion aéronautique présentant une instabilité mixte acoustique/entropique est étudiée. Le bénéfice des méthodes développées dans la présente thèse est testé et comparé à des calculs avec la SGE. Il est montré que les calculs avec un solveur de Helmholtz peuvent reproduire une instabilité de combustion complexe, et que cet outil s’avère avoir le potentiel pour prédire les instabilités afin de concevoir de nouvelles chambres de combustion. / Virtually all combustion chambers are subject to instabilities. Consequently there is a need to better understand them so as to control them. A possibility is to simulate the reactive flow within a combustor with the Large-Eddy Simulation (LES) method. However LES results come at a tremendous computational cost. Another route is to reduce the complexity of the problem to a simple thermoacoustic Helmholtz wave equation, which can be solved in the frequency domain as an eigenvalue problem. The coupling between the flame and the acoustics is then taken into account via proper models. The main drawback of this latter methodology is that it relies on the zero-Mach number assumption. Hence all phenomena inherent to mean flow effects are neglected. The present thesis aims to provide a novel strategy to introduce back some mean flow effects within the zero-Mach number framework. In a first part, the proper way to impose high-speed elements such as a turbine is investigated. The second part focuses on the coupling between acoustics and temperature heterogeneities that are naturally generated at the flame and convected downstream by the flow. Such phenomenon is important because it is responsible for indirect combustion noise that may drive a thermoacoustic instability. A Delayed Entropy Coupled Boundary Condition (DECBC) is then derived in order to account for this latter mechanism in the framework of a Helmholtz solver where the baseline flow is assumed at rest. In the last part, a realistic aero-engine combustor that features a mixed acoustic/entropy instability is studied. The methodology developed in the present thesis is tested and compared to LES computations. It is shown that computations with the Helmholtz solver can reproduce a complex combustion instability, and that this latter methodology is a potential tool to design new combustors so as to predict and avoid combustion instabilities.