La propagation et la production de bruit dans les écoulements de fluides représentent un problème crucial pour de nombreuses applications industrielles en particulier les transports. Cette thèse a pour originalité d'utiliser un modèle peu employé, l'équation de Galbrun, pour modéliser la propagation acoustique dans les écoulements. Concernant les méthodes numériques, on présente une analyse de dispersion de plusieurs méthodes d'éléments finis pour la propagation aéroacoustique. D'autre part, plusieurs conditions de non-réflexion pour l'équation de Galbrun dans le domaine fréquentiel sont obtenues. On propose deux modèles de sources aéroacoustiques formulés à l'aide de l'équation de Galbrun. Le premier modèle est issu du modèle de source proposé pour les équations d'Euler linéarisées par Bailly et le second modèle est obtenu par la méthode des développements autour d'un écoulement incompressible initialement développée par Hardin et Pope

Les travaux de cette thèse concernent la modélisation et la simulation numérique de la propagation d'ondes acoustiques en présence d'un écoulement. Le modèle retenu pour ces études est l'équation de Galbrun. Les travaux faits sur l'équation de Galbrun ont essentiellement porté sur le régime harmonique. En revanche, la plupart des études mathématiques et numériques du problème de l'aéroacoustique est en régime transitoire. C'est pourquoi, il est intéressant pour nous d'étudier l'équation de Galbrun en régime transitoire. Pour résoudre cette équation en régime transitoire, notre approche a reposé sur la transformée de Laplace, qui nous permet de faire l'échange entre le domaine harmonique et le domaine réel. Un autre sujet abordé dans cette thèse est celui du traitement des conditions aux limites non réfléchissantes en écoulement uniforme et non-uniforme. Nous proposons la méthode PML pour l'équation de Galbrun. Inspirée par la méthode de Hu, nous proposons un nouveau modèle PML associé à l'équation de Galbrun, qui a toujours conduit à une solution exponentiellement décroissante dans la couche, même en présence d'ondes inverses. Les simulations acoustiques montrent étonnamment d'erreur de convergence pour les deux modèles classiques et nouveaux. Nous validons notre modèle PML à travers plusieurs exemples numériques dans l'écoulement uniforme et non-uniforme. Le dernier objectif est de proposer des modèles de sources aéroacoustiques associées à l'équation de Galbrun. Après une présentation en détail des modèles existants, on adapte une méthode hybride (EIF) à l'équation de Galbrun. Pour assurer la validité de l'approche globale, certains tests classiques sont choisis parmi la littérature et les résultats sont comparés avec les approches existantes et les solutions analytiques.

Since the middle of the last century, computing power has increased sufficiently that the direct numerical approximation of Maxwell's equations is now an increasingly important tool in science and engineering. Parallel to the increasing use of numerical methods in computational electromagnetism there has also been considerable progress in the mathematical understanding of the properties of Maxwell's equations relevant to numerical analysis. The aim of this book is to provide an up to date and sound theoretical foundation for finite element methods in computational electromagnetism. The emphasis is on finite element methods for scattering problems that involve the solution of Maxwell's equations on infinite domains. Suitable variational formulations are developed and justified mathematically. An error analysis of edge finite element methods that are particularly well suited to Maxwell's equations is the main focus of the book. The methods are justified for Lipschitz polyhedral domains that can cause strong singularities in the solution. The book finishes with a short introduction to inverse problems in electromagnetism.

Annotation This book provides an introduction to the vast subject of initial and initial-boundary value problems for PDEs, with an emphasis on applications to parabolic and hyperbolic systems. The Navier-Stokes equations for compressible and incompressible flows are taken as an example to illustrate the results. Researchers and graduate students in applied mathematics and engineering will find Initial-Boundary Value Problems and the Navier-Stokes Equations invaluable. The subjects addressed in the book, such as the well-posedness of initial-boundary value problems, are of frequent interest when PDEs are used in modeling or when they are solved numerically. The reader will learn what well-posedness or ill-posedness means and how it can be demonstrated for concrete problems. There are many new results, in particular on the Navier-Stokes equations. The direct approach to the subject still gives a valuable introduction to an important area of applied analysis.

The book provides a survey of numerical methods for acoustics, namely the finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM). It is the first book summarizing FEM and BEM (and optimization) for acoustics. The book shows that both methods can be effectively used for many other cases, FEM even for open domains and BEM for closed ones. Emphasis of the book is put on numerical aspects and on treatment of the exterior problem in acoustics, i.e. noise radiation.

Aeroacoustics of Low Mach Number Flows: Fundamentals, Analysis, and Measurement provides a comprehensive treatment of sound radiation from subsonic flow over moving surfaces, which is the most widespread cause of flow noise in engineering systems. This includes fan noise, rotor noise, wind turbine noise, boundary layer noise, and aircraft noise. Beginning with fluid dynamics, the fundamental equations of aeroacoustics are derived and the key methods of solution are explained, focusing both on the necessary mathematics and physics. Fundamentals of turbulence and turbulent flows, experimental methods and numerous applications are also covered. The book is an ideal source of information on aeroacoustics for researchers and graduate students in engineering, physics, or applied math, as well as for engineers working in this field. Supplementary material for this book is provided by the authors on the website www.aeroacoustics.net. The website provides educational content designed to help students and researchers in understanding some of the principles and applications of aeroacoustics, and includes example problems, data, sample codes, course plans and errata. The website is continuously being reviewed and added to. Explains the key theoretical tools of aeroacoustics, from Lighthill’s analogy to the Ffowcs Williams and Hawkings equation Provides detailed coverage of sound from lifting surfaces, boundary layers, rotating blades, ducted fans and more Presents the fundamentals of sound measurement and aeroacoustic wind tunnel testing