Analyse de stabilité linéaire d'écoulements tournants en présence de surface libre PDF Download
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Author: Lyes Kahouadji Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 208
Book Description
Ce mémoire est une contribution numérique à l'étude des écoulements tournants en présence d'une surface libre. Trois configurations sont étudiées. La première est représentative d'un procédé de croissance cristalline particulier, connu sous le nom de "zone flottante chas d'aiguille", pour laquelle la rotation est utilisée comme un moyen pour minimiser des défauts d'axisymétrie du chauffage. La deuxième configuration étudiée consiste à étudier un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface libre supposée comme plane. Dans la troisième partie, l'étude d'un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface plane se voit enrichie par la prise en compte d'une surface libre déformée. Pour chacune des trois configurations, une analyse de stabilité linéaire est effectuée sur un champ de base supposé stationnaire et axisymétrique
Author: Lyes Kahouadji Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 208
Book Description
Ce mémoire est une contribution numérique à l'étude des écoulements tournants en présence d'une surface libre. Trois configurations sont étudiées. La première est représentative d'un procédé de croissance cristalline particulier, connu sous le nom de "zone flottante chas d'aiguille", pour laquelle la rotation est utilisée comme un moyen pour minimiser des défauts d'axisymétrie du chauffage. La deuxième configuration étudiée consiste à étudier un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface libre supposée comme plane. Dans la troisième partie, l'étude d'un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface plane se voit enrichie par la prise en compte d'une surface libre déformée. Pour chacune des trois configurations, une analyse de stabilité linéaire est effectuée sur un champ de base supposé stationnaire et axisymétrique
Author: Anne-Laure Le Fessant Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
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Dans cette étude, nous nous proposons de caractériser les phénomènes d'instabilités apparaissant à la surface libre d'écoulements dans des canaux à forte pente et sur des fonds à géométrie périodique. Trois types d'approche sont développés : expérimentale, numérique et théorique. Nous établissons d'abord les équations de Barré Saint-Venant constituant la base de notre étude, puis effectuons une revue bibliographique des phénomènes d'instabilité déjà observés. L'étude expérimentale est basée sur des mesures de hauteurs d'eau effectués dans un canal artificiel permettant l'observation visuelle des écoulements. Sur fond lisse, il apparaît des ondulations de la surface libre, périodiques et stables, déjà connues sous le nom de roll waves. Pour des applications industrielles, des rugosités artificielles, représentées par diverses barrettes, ont été placées à intervalles réguliers au fond du canal. Nous étudions ensuite l'influence sur la configuration de l'écoulement des paramètres suivants : espacement inter-rugosité, pente et débit. Différents types d'instabilité (paquets d'eau, trains d'onde et sinusoïdes) ont ainsi pu être identifiés à l'aide par exemple de transformées en ondelettes. Le développement des différentes ondes apparaît comme lié à la présence et à la nature des obstacles. Une étude numérique est présentée avec notamment, la description et la validation du modèle numérique, et la justification du choix de la méthode de résolution. La réflexion théorique pose le problème de la caractérisation de la stabilité d'un écoulement à surface libre monodimensionnel sur un fond incliné à géométrie périodique. Nous présentons enfin les résultats de l'application du code de calcul à des écoulements sur fond incliné avec obstacles. Ceci permet de retrouver et valider les résultats théoriques, puis d'examiner dans quelle mesure le modèle est capable de rendre compte des phénomènes d'instabilités apparaissant expérimentalement sur ce type de fonds.
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Ce livre présente une analyse expérimentale et numérique de la structure d'un écoulement turbulent pleinement développé, dans un canal rectangulaire à ciel ouvert dont le fond présente un fort contraste transversal de rugosité. Les mesures par Anémométrie Laser Doppler à deux composantes ont conduit à une description détaillée des champs, du tenseur de Reynolds, de vitesses moyennes et des écoulements secondaires. Après avoir déterminer les paramètres de paroi, on a analysé et interprété les lois de similitude des composantes du tenseur de Reynolds dans la zone de paroi et sous la surface libre. La simulation numérique exige la mise en oeuvre de modèles du tenseur de Reynolds capables de restituer l'anisotropie de la turbulence et son amplification près de la paroi et de la surface libre. Après une étude comparative de plusieurs modèles, on a adapté une version algébrique du modèle de Gibson & Rodi (1989). L'analyse des prédictions du modèle montre qu'il reproduit correctement le comportement des contraintes turbulentes ainsi que la structure des écoulements secondaires.
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Cette thèse a pour objectif d'améliorer la compréhension de la dynamique d'une interaction entre une onde de choc droite ou oblique et une couche limite laminaire ou turbulente. En particulier, nous nous sommes intéressés aux mécanismes responsables de l'apparition d'oscillations auto-entretenues basses fréquences. Ce phénomène survient dans de nombreux cas applicatifs comme dans des entrées d'air d'avions supersoniques, autour d'un profil d'aile en régime transsonique et au sein de tuyère en régime de sur-détente. La première partie de ce mémoire traite des différentes études réalisées pour déterminer la phénoménologie de ce type de dynamique. Dans un deuxième temps, nous expliquons la stratégie retenue pour effectuer notre étude qui consiste à développer un outil d'étude des instabilités, adapté à des écoulements turbulents présentant une interaction entre une onde de choc et une couche limite. Le développement d'un outil CFD linéarisé couplé à une méthode de résolution d'un problème aux valeurs propres par une approche dite sans matrice ou de « time-stepping », a permis la réalisation d'une telle étude. Après une étape de validation de notre outil, nous avons étudié des cas d'écoulements présentant une interaction entre une onde de choc et une couche limite. Trois cas en particulier ont été traités. Le premier cas correspond à une interaction entre une onde de choc oblique impactant une couche limite laminaire se développant sur une plaque plane. Ce cas est généralement qualifié dans la littérature de cas de « réflexion de choc ». Nous montrons qu'un tel écoulement est globalement stable et que sa dynamique peut être caractérisée par des mécanismes de réceptivité et par la réponse de l'écoulement vis-à-vis de perturbations extérieures. Les deux autres cas abordés dans ce travail ont été le cas d'un écoulement transsonique autour d'un profil d'aile de type NACA0012 en régime d'entrée en tremblement aérodynamique et un cas de tuyère transsonique plane de type Sajben en régime de sur-détente. Dans le premier cas, l'analyse de stabilité nous permet de mettre en évidence le phénomène de « buffet » sur le profil NACA0012, ce qui montre que le phénomène est lié à une instabilité globale linéaire . Dans le second cas, l'analyse de stabilité ne permet pas d'expliquer le phénomène auto-entretenues basses fréquences, et montre que l'écoulement est linéairement globalement stable. Dans ce cas, la dynamique est convective, transitoire et pilotée par des mécanismes de réceptivité.
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POUR ETUDIER LE COMPORTEMENT DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT, ON SE PROPOSE DANS UNE PREMIERE APPROCHE DE MODELISER DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS VERTICAUX EN METTANT EN OEUVRE UN PROGRAMME DE RESOLUTION DES EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES QUI UTILISE UNE FORMULATION A.L.E. (ARBITRARY LAGRANGIAN EULERIAN), TECHNIQUE PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTEE AUX PROBLEMES A SURFACE LIBRE. UNE ETUDE NUMERIQUE INTRINSEQUE DE CONVERGENCE PORTANT SUR LE CODE A PERMIS D'UNE PART DE FIXER LES PARAMETRES DE DISCRETISATION ET, D'AUTRE PART, DE CHOISIR LA TECHNIQUE D'INTERPOLATION POUR LA DEFINITION DE LA SURFACE LIBRE, LE SCHEMA CONVECTIF ET LE SCHEMA D'EVOLUTION DE LA SURFACE LIBRE AU VOISINAGE D'UNE PAROI. L'ETUDE DE LA PROPAGATION D'UNE ONDE SOLITAIRE A SERVI DE CAS TEST. LES COMPARAISONS DES RESULTATS OBTENUS AVEC CEUX D'ORIGINE EXPERIMENTALE ET ANALYTIQUE D'AUTRES AUTEURS SONT SATISFAISANTES. A PARTIR DE LA NOUS AVONS TRAITE TROIS ASPECTS D'UN PROBLEME IMPORTANT POUR LA DYNAMIQUE SEDIMENTAIRE: LA DETERMINATION DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT. NOUS AVONS REPRODUIT LA CONFIGURATION EXPERIMENTALE DU CANAL A HOULE DU LABORATOIRE DE MECANIQUE DES FLUIDES ET GENIE CIVIL DU HAVRE QUI TRAVAILLE AVEC LE MEME OBJECTIF. POUR UN ECOULEMENT DE HOULE SEULE, LES RESULTATS OBTENUS PAR LA MODELISATION NUMERIQUE SONT SATISFAISANTS, COMPARES AUX RESULTATS ANALYTIQUES DISPONIBLES. POUR UN ECOULEMENT DE COURANT SEUL, LES RESULTATS SONT EGALEMENT EN BON ACCORD AVEC LES RELATIONS FOURNIES PAR LA BIBLIOGRAPHIE EXISTANTE, CETTE ETUDE A NOTAMMENT PERMIS DE PRECISER LES VALEURS DU COEFFICIENT DE CHEZY. ENFIN, LES PREMIERES SIMULATIONS D'ECOULEMENTS COMBINES DE HOULE ET DE COURANT ONT ETE FAITES. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX APPARAIT SATISFAISANTE POUR UN ECOULEMENT DE HOULE DOMINANT
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La compréhension des mécanismes de transition d'écoulements décollés laminaires trouve un intérêt particulier de par sa présence au sein de nombreuses applications industrielles. Notamment, la prédiction précise de la première bifurcation associée à un tel écoulement et la construction de modèles réduits, pourrait autoriser des développements d'outils de contrôle efficaces, permettant une augmentation des performances aérodynamiques des profils considérés. Dans ce cadre, nous proposons à travers ce mémoire une analyse de stabilité originale, prenant en compte le caractère fortement non parallèle de l'écoulement. En particulier, une étude de stabilité linéaire "globale", sur une configuration académique d'écoulement décollé de plaque plane, révèle l'influence des modes globaux bidimensionnels et tridimensionnels, dans la dynamique en espace et en temps de la perturbation, en fonction du type de forçage appliqué. En outre, une telle étude identifie des mécanismes non détectés par les approches classiques, comme une très large amplification transitoire 2D de la perturbation le long de la couche de mélange, et un mécanisme centrifuge pouvant conduire à une tridimensionnalisation du décollement. Enfin, la décomposition de la perturbation dans la base de modes globaux s'avère une réduction de modèle pertinente, dans l'objectif d'un contrôle efficace.
Author: Bruno Pentori de Peretti Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 174
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DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION LINEAIRE DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES ON VALIDE L'ALGORITHME QUI RESOUD LE PROBLEME DE STOKES PAR LA METHODE DE TAU CHEBYSHEV PAR CONFRONTATION AUX RESULTATS DE L'EQUATION D'ORR-SOMMERFELD. ON DETERMINE UNE MATRICE DE TRANSFERT RELIANT LES COEFFICIENTS SPECTRAUX DE LA COMPOSANTE TRANSVERSALE DE LA VITESSE A DEUX INSTANTS DIFFERENTS. L'ANALYSE DE STABILITE DE L'ECOULEMENT CORRESPONDANT A LA RECHERCHE DES VALEURS PROPRES ET VECTEURS PROPRES DE LA MATRICE. SIMULATION BIDIMENSIONNELLE DES PROCESSUS DE TRANSITION LAMINAIRE TURBULENTE SUR CALCULATEUR VECTORIEL (CRAY 1)
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Cette thèse est une contribution à l'étude de la transition et du contrôle des écoulements ouverts, conduite dans le cadre de la théorie de stabilité hydrodynamique. Les écoulements ouverts, comme les écoulements de recirculation considérés dans ces travaux, sont par essence non parallèles. Une approche globale de la théorie de stabilité, consistant à considérer deux directions de l'espace comme direction propre, est alors adéquate pour caractériser leur transition. La première partie est consacrée à une étude exhaustive de la stabilité linéaire d'un écoulement de recirculation se formant dans un canal courbé en s'intéressant à la stabilité au temps long et au temps court. La stabilité au temps long repose sur une décomposition des perturbations sous la forme de modes globaux s'amplifiant exponentiellement en temps. La stabilité au temps court consiste à déterminer les perturbations initiales optimales, définies comme les structures spatiales qui conduisent à un maximum d'amplification de l'énergie pour différents temps courts donnés. Ces deux analyses ont permis de comprendre la naissance de la tridimensionalité et des instationnarités dans l'écoulement de recirculation bidimensionnel stationnaire. La seconde partie propose une approche théorique du contrôle passif des écoulements globalement instables (au temps long). Elle se base sur une étude de la sensibilitédes valeurs propres à des modifications du champ de base, ces dernières étant génériques ou induites par une force volumique stationnaire. La pertinence de cette analyse est évaluée sur l'écoulement prototype autour d'un cylindre à bas nombre de Reynolds. Elle permet notamment de reproduire des résultats expérimentaux de contrôle passif, consistant à déterminer les positions d'un petit cylindre, placé dans le sillage du cylindre principal, qui permettent de supprimer l'allée tourbillonaire de Von Karman.
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La stabilité d’écoulements de couche limite décollés est étudiée par le biais de la simulation numérique. Le décollement est provoqué par une bosse montée sur une plaque plane. D’abord, un algorithme de résolution des équations de Navier-Stokes bidimensionnelles, basé sur un changement de variable, a été élaboré et validé. Au-delà d’un nombre de Reynolds critique, des oscillations auto-induites, caractérisées par des lâchers de tourbillons apériodiques, apparaissent. Il est montré que les écoulements stationnaires obtenus en deçà du nombre de Reynolds critique sont convectivement instable et que l’instabilité globale n’est pas reliée à des caractéristiques locales d’instabilités. Extrapolant l’écoulement au-delà du nombre de Reynolds critique, des éléments dont donnés afin de conforter l’hypothèse que l’instabilité globale observée coïncide avec des changements topologiques près du point de recollement menant à la rupture d’une zone de recirculation très allongée. L’utilisation d’une seconde bosse, localisée en aval de la première, a permis de stabiliser la bulle de recirculation. L’écoulement reste stationnaire, pour des nombre de Reynolds croissants jusqu’à l’obtention d’une région locale absolument instable. Les oscillations, non linéaires et saturées, sont strictement périodiques et il est montré que des critères de sélection de fréquence prédisent avec exactitude la fréquence globale. Une extension de l’algorithme de résolution des équations de Navier-Stokes dans la direction transverse de l’écoulement a ensuite permis de mettre en évidence l’apparition d’une perturbation tridimensionnelle stationnaire lors de l’augmentation du nombre de Reynolds.
Author: Lyes Kahouadji
Author: Lyes Kahouadji
Author: Anne-Laure Le Fessant
Author: Sahbi Zaouali
Author: Florian Guiho
Author: Fabrice Loiseau
Author: Frédéric Alizard
Author: Bruno Pentori de Peretti
Author: Gérard Solve
Author: Olivier Marquet
Author: Matthieu Marquillie