Étude expérimentale de l'influence d'un manipulateur de turbulence de type lame mince sur la structure d'une couche limite plane incompressible PDF Download

Author: Association aéronautique et astronautique de France
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ISBN: 9782717009026
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Languages : fr
Pages : 21

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Author: Jean Lemay
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Languages : fr
Pages : 600

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Author: Aziz Hamdouni
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Languages : fr
Pages : 118

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NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A LA PREVISION NUMERIQUE DE L'INFLUENCE DE LA MANIPULATION EXTERNE DE TURBULENCE EN COUCHE LIMITE SUR LES TRANSFERTS DE SCALAIRE PASSIF. LES CHAMPS DYNAMIQUES SONT CALCULES PAR RESOLUTION DES EQUATIONS DE REYNOLDS ET DE TROIS EQUATIONS DE TRANSPORT POUR LES QUANTITES TURBULENTES FERMEES GRACE A UN MODELE DE TYPE LAUNDER-REECE-RODI. POUR LA PREVISION DES CHAMPS SCALAIRES NOUS UTILISONS DIVERS MODELES: MODELE DU PREMIER ORDRE ET MODELES AU SECOND ORDRE. CES DERNIERS FONT APPEL A DIFFERENTES MODELISATIONS DU TERME DE CORRELATION PRESSION-GRADIENT SCALAIRE. DEUX CONFIGURATIONS SONT ETUDIEES: MANIPULATION EN COUCHE LIMITE SUR PAROI ATHERMANE, PAR LAME MINCE CHAUFFEE ET MANIPULATION PAR LAME MINCE ATHERMANE DANS UNE COUCHE LIMITE DONT LA PAROI EST CHAUFFEE. NOUS COMPARONS LES RESULTATS DES CALCULS AVEC DIVERS RESULTATS EXPERIMENTAUX DISPONIBLES. NOUS PRESENTONS AUSSI DES COMPLEMENTS D'EXPERIENCES DESTINES A VALIDER LES CALCULS. LES COMPARAISONS PERMETTENT DE FAIRE UNE ANALYSE CRITIQUE DES DIFFERENTS MODELES. NOUS PROPOSONS ALORS DE RETENIR DEUX MODELES LES PLUS PERFORMANTS POUR EFFECTUER DES CALCULS D'OPTIMISATION. DES FORTES REDUCTIONS DU COEFFICIENT D'ECHANGE THERMIQUE SONT OBTENUES ET UNE POSITION OPTIMALE DU MANIPULATEUR DANS LA COUCHE LIMITE EST DETERMINEE. CETTE POSITION EST TRES COMPARABLE A CELLES OBTENUES PRECEDEMMENT POUR OPTIMISER LA REDUCTION DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT

Author: Mme. Marie-Claire Delaliaux Hoyez
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Languages : fr
Pages : 282

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Les dernières décennies ont vu un développement important des recherches concernant les phénomènes turbulents qui existent dans les écoulements. La compréhension de ces phénomènes représente en effet un enjeu essentiel dans nombre de domaines et d'applications industrielles. Pour ce qui concerne la couche limite turbulente, l'essor des techniques tant expérimentales que numériques a permis d'appréhender certains mécanismes régissant la production et le transfert de l'énergie turbulente. Mais l'enchaînement de ces mécanismes reste encore mal connu. Ce mémoire présente une étude expérimentale alliant anémométrie à fil chaud et visualisations ultra-rapides par plan laser d'une couche limite turbulente de plaque plane sans gradient de pression longitudinal. Après une caractérisation moyenne de l'écoulement, on décrit les structures cohérentes présentes dans la couche limite en s'appuyant sur l'analyse détaillée des prises de vues réalisées. A partir des observations effectuées et de leur comparaison avec celles d'autres auteurs, on tente de dégager un modèle du mécanisme de production de la turbulence dans la couche limite. On étudie ensuite l'effet que peut avoir un manipulateur de couche limite sur la structure de la turbulence. En conclusion, on discute des limitations de l'étude et des améliorations qui pourraient être apportées à la méthode expérimentale.

Author: Martín Obligado
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Cette thèse est organisée en deux parties. Après une brève introduction théorique (chapitre 1) et une discussion présentant la soufflerie du LEGI et des techniques expérimentales utilisées (chapitre 2), une première partie étudie les effets individuels des particules dans les écoulements tantôt laminaires et turbulents. Dans une seconde partie je me suis intéressé aux effets collectifs d'une population dense d'inclusions en interaction avec un champ turbulent.Dans le chapitre 3, nous montrons que l'équilibre d'un disque pendulaire faisant face à un écoulement présentant une vitesse moyenne présente un comportement bi-stable et hystérétique. Nous donnons une interprétation simple de ce comportement en termes d'une description par deux puits de potentiel, nécessitant uniquement de connaître la dépendance angulaire du coefficient de trainée normale d'une plaque statique inclinée. Nous étudions l'influence de la turbulence sur l'équilibre du pendule en général et sur la bi-stabilité observée en particulier.La dynamique des objets tractés dans un environnement fluide est d'intérêt pour de nombreuses situations pratiques. Les chapitres 4,5 et 6 concernent l'étude expérimentale de l'équilibre et de la stabilité de la trajectoire d'une sphère tractée à vitesse constante. Dans le chapitre 4, nous avons vu que le sillage d'une sphère peut produire un mouvement hélicoïdal d'une sphère remorqué par un fil. Nous avons constaté qu'il existe un nombre de Reynolds (défini avec le diamètre de la particule et la vitesse moyenne de l'écoulement) particulier pour activer cette motion instable. Une trajectoire en trois dimensions est reconstruite avec un dispositif expérimental extrêmement simple, utilisé pour la caractérisation de la forme de la trajectoire des particules. Dans le chapitre 5, nous étudions expérimentalement l'équilibre et la stabilité de la trajectoire d'une sphère remorqué à une vitesse constante dans la avec un rapport longueur - diamètre sans précédent. En ce chapitre, nous étudions les instabilités développées dans le fil pour un écoulement laminaire. Diffèrent types d'instabilités ont été trouvés dans cette expérience. Dans le chapitre 6, le même système est étudié, mais l'écoulement environnant est turbulent. Nous nous concentrons sur la comparaison entre la dynamique turbulente de la sphère tractée et d'une sphère librement advectèe. Nos résultats sont en accord avec un scénario de filtrage résultant du temps de réponse visqueuse d'une particule d'inertie dont la dynamique est couplée au fluide environnant par la force de traînée. Une caractéristique frappante des écoulements turbulents chargés de particules inertielles est la concentration préférentielle qui conduit à de très fortes hétérogénéités du champ de concentration en particules à différentes échelles. Les diagrammes de Voronoi ont été utilisés pour caractériser quantifier ce phénomène.En ce qui concerne les effets collectifs, trois écoulements différents ont été étudiés : bulles d'air (particules moins denses que le fluide, avec une taille de l'ordre de l ́échelle de Kolmogorov) dans un canal a eau (chapitre 7), des particules solides légèrement plus denses que le fluide et diamètre supérieur à l ́échelle de Kolmogorov dans une écoulement de von Kármán (chapitre 8) et gouttelettes d'eau dans la soufflerie (chapitre 9) ; de particules beaucoup plus denses que le fluide et diamètre inférieur à l'échelle de Kolmogorov. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction des champs de concentration des particules dans les expériences par analogie avec le fonctionnement des caméras linéaire, et en exploitant l'hypothèse de Taylor dans la soufflerie. Cette nouvelle approche nous permet de reconstruire des champs de particules de plusieurs mètres de long. Ces champs permettent d'analyser la formation des superclusters. Nous montrons en effet que les clusters tendent eux-mêmes à s'organiser en superclusters (amas d'amas).

Author: André Desopper
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Languages : fr
Pages : 171

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Étude du développement d'une couche limite turbulente de plaque en presence d'un écoulement extérieur pulsé, incompressible et bidimensionnel : étude de l'influence de la non-stationnarite sur la structure de la couche limite et développement de méthodes de calcul. Étude de la transition d'une couche limite de plaque plane en écoulement pulsé.

Author: Nikolaos Simiriotis (docteur en mécanique des fluides).)
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La présente thèse étudie par simulation numérique et analyse physique les effets du morphing électroactif pour le design des ailes du futur permettant de réduire l'impact environnemental et d'accroître l'efficacité du transport aérien. La thèse examine les effets du morphing électroactif hybride. Ce concept consiste en une association de diverses classes d'actionneurs électroactifs opérant à des échelles de temps et de longueur multiples, en accord avec la dynamique du spectre turbulent et dans un contexte de bio-inspiration concernant l'actionnement des ailes, ailerons et plumes de grands oiseaux prédateurs. Le morphing électroactif hybride crée des modifications de la turbulence à de multiples échelles dans les zones cisaillées et le sillage proche et crée l'augmentation des performances aérodynamiques par l'action de mécanismes de rétroaction. La thèse effectue des simulations numériques à nombre de Reynolds élevé autour de configurations de profils d'aile et d'ailes d'avion supercritiques dans les régimes du bas subsonique correspondant aux phases du décollage et atterrissage, et transsonique correspondant au vol de croisière. Toutes les simulations sont effectuées par le code NSMB (Navier Stokes MultiBlock), en utilisant des approches de modélisation de la turbulence efficaces, permettant de prédire en accord avec les expériences physiques, le développement d'instabilités et de structures cohérentes gouvernant la dynamique des écoulements. Dans ce contexte, l'approche « Organized Eddy Simulation » (OES) a été employée et améliorée par des concepts de cascade inverse utilisant de la réinjection de la turbulence dans les zones fortement cisaillées. Cette méthode, basée sur un forçage stochastique des équations de transport turbulent a été étendue dans la présente thèse aux trois dimensions et ses bénéfices ont été quantifiés concernant l'évaluation des efforts aérodynamiques et le développement d'instabilités fluide. Les avantages de cette approche, qui a été introduite par ailleurs au sein de la « Detached Eddy Simulation », ont été étudiés concernant la prédiction du tremblement en régime transsonique et de l'interaction choc-couche limite. Les régimes du bas subsonique concernent les écoulements autour de profils et d'ailes de type A320 en configurations statiques et en morphing et sont étudiés en utilisant l'approche de modélisation OES également. Le morphing de la région proche du bord de fuite à l'aide de faibles déformations et de vibrations de fréquences dans le rang de 100-400 Hz a été étudié en synergie avec des résultats expérimentaux du projet Européen H2020 N° 723402 SMS : « Smart Moprhing and Sensing for Aeronautical configurations ». A l'aide d'une étude paramétrique détaillée, il a été mis en évidence que des combinaisons optimales de fréquence-amplitude de ces actionnements fournissent une augmentation drastique de la finesse aérodynamique. Ces effets ont été obtenus à l'aide de manipulation de la dynamique des interfaces « Turbulent - Non Turbulent » (TNT) et des interactions avec les interfaces « Turbulent- Turbulent » (TT). De plus, cette thèse a développé un modèle structural efficace permettant le contrôle de forme par des Alliages à Mémoire de Forme (AMF). Ces actionneurs permettent d'obtenir de grandes déformations à de basses fréquences en appliquant une grande cambrure de l'aile pour augmenter la portance et pour adapter la forme de l'aile aux différentes sollicitations aérodynamiques. La présente thèse propose un modèle efficace pour obtenir des formes-ciblées de configurations aérodynamiques utilisant des AMF embarqués. Un nouvel algorithme robuste a été développé et validé pour prédire la réponse non-linéaire de l'interaction AMF-structure. Cet algorithme a été couplé avec une méthode de prédiction de la structure et des paramètres opérationnels optimaux pour le design, fournissant ainsi des architectures de morphing plus performantes et réduisant l'impact environnemental.

Author: Fenella De Souza
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Languages : fr
Pages : 336

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UNE COUCHE LIMITE INCOMPRESSIBLE, TURBULENTE ET MANIPULEE PAR UN CYLINDRE CIRCULAIRE EST ETUDIEE PRINCIPALEMENT A L'AIDE DE MESURES PAR ANEMOMETRIE A FILS CHAUDS. ON ESPERE AINSI ELUCIDER LES MECANISMES CONDUISANT A LA DISSIMILITUDE, ENTRE LES TRANSFERTS DE QUANTITE DE MOUVEMENT ET DE CHALEUR, QUI SE PRODUIT DANS LES ZONES PROCHE ET INTERMEDIAIRE DU SILLAGE DU MANIPULATEUR, VIOLANT L'ANALOGIE DE REYNOLDS. LES BILANS DES EQUATIONS DE TRANSPORT DE L'ENERGIE CINETIQUE ET DES TENSIONS DE REYNOLDS TURBULENTES REVELENT QUE LES DEUX TYPES D'ECOULEMENTS IMPLIQUES DANS L'INTERACTION SILLAGE/COUCHE LIMITE IMPOSENT LEUR INFLUENCE SUR DES PROCESSUS D'ENERGIE DISTINCTS. UNE DIFFERENCE NOTEE ENTRE LES PROCESSUS DE PRODUCTION ET DE TRANSPORT D'ENERGIE EST RELIEE A LA DISSIMILITUDE. PAR LA SUITE, L'ORGANISATION DE GRANDE ECHELLE EST ETUDIEE. A PARTIR DE MESURES PAR PEIGNES DE FILS CHAUDS, ON EFFECTUE DES PSEUDO-VISUALISATIONS, UNE ANALYSE SPECTRALE AINSI QU'UNE ANALYSE CONDITIONNELLE. TROIS TECHNIQUES CONDITIONNELLES SONT MISES EN UVRE: LE CALCUL DE MOYENNES CONDITIONNELLES BASE SUR LA DETECTION WAG (WINDOW AVERAGE GRADIENT), ET DEUX TECHNIQUES DE FILTRAGE DU CHAMP DE VITESSE INSTANTANE, BASEES RESPECTIVEMENT SUR LA DECOMPOSITION SPECTRALE DU SIGNAL, ET SUR LA DECOMPOSITION TEMPS-FREQUENCE PAR L'ANALYSE EN ONDELETTES. CES TECHNIQUES MONTRENT L'IMPORTANCE DE LA DOMINANCE DES TOURBILLONS DE VORTICITE NEGATIVE GENERES AU DESSUS DU CYLINDRE. CES DERNIERS CONTRIBUENT A LA REDUCTION DU FROTTEMENT PARIETAL ET A L'AUGMENTATION DU TRANSFERT DE CHALEUR, ET SONT AINSI TROUVES ETRE EN GRANDE PARTIE RESPONSABLES DE LA DISSIMILITUDE. EN OUTRE, LA TECHNIQUE DU FILTRAGE SPECTRAL AUTORISE UNE ANALYSE DU BILAN D'ENERGIE CINETIQUE EN DECOMPOSITION TRIPLE, QUI PERMET DE CONFIRMER CES OBSERVATIONS. ENFIN, ON DEVELOPPE UN MODELE SIMPLIFIE DU PROCHE SILLAGE DU MANIPULATEUR PAR UNE SERIE DE TOURBILLONS POTENTIELS, AFIN DE VALIDER ET DE COMPLETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX. CETTE MODELISATION S'EST AVEREE PROMETTEUSE

Author: Eric Augier
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Languages : fr
Pages : 139

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Le développement des études dans le domaine de la mécanique des fluides est essentiellement lié aux travaux réalisés sur les écoulements turbulents. Dans ce cadre, les recherches concernant le cas d'un écoulement au voisinage de paroi présente un intérêt tout particulier. En effet, il est apparu que la modification de certaines grandeurs caractéristiques de ce type d'écoulement peut avoir une influence non négligeable sur son comportement. Par exemple, la trainée de frottement liée au développement d'une couche limite sur les parois peut se voir réduite par l'insertion d'une lamelle mince dans la région externe de l'écoulement turbulent. Outre l'intérêt pratique d'économie d'énergie qui en découle, l'introduction de ce manipulateur de couche limite peut aussi faciliter l'analyse des mécanismes fondamentaux qui gèrent le comportement des structures turbulentes. Mais il faut avant tout comprendre la nature d'une telle modification. Ainsi, une étude expérimentale a été réalisée au laboratoire de mécanique des fluides et d'acoustique de l'E.C.L. et les mesures, en fournissant des informations détaillées, ont mis en évidence différents phénomènes physiques. Pour compléter cette étude, des travaux théoriques ont été effectués a l'université de notre dame (U.S.A.). Basés sur la théorie de l'aérodynamique instationnaire et de la théorie de la distorsion rapide, ces travaux ont permis la modélisation d'un des effets. La comparaison avec les résultats expérimentaux permet de valider le modèle et montre l'importance d'un tel effet dans le processus de modification. Enfin, la comparaison des mesures avec les résultats d'un code de calcul, base sur un modèle k-, confirme que la modification d'une couche limite par une lamelle est aussi un probleme de diffusion. En changeant la modélisation a l'aide d'une nouvelle hypothèse, le calcul montre que l'intermittence des divers mécanismes de modification, joue un rôle

Author: Daniel Arnal
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Languages : fr
Pages : 98

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ON CHERCHE A SAVOIR SI LES EFFETS DE LA TURBULENCE EXTERIEURE SONT AMPLIFIES OU ATTENUES LORSQU'IL Y A DES GRADIENTS DE PRESSION SURTOUT DANS LES CAS OU CES GRADIENTS SONT POSITIFS ET SUFFISANTS POUR CONDUIRE AU DECOLLEMENT DE LA COUCHE LIMITE. L'ETUDE THEORIQUE UTILISE DEUX OUTILS: UN SYSTEME D'EQUATIONS DE TRANSPORT POUR L'ENERGIE CINETIQUE ET LA DISSIPATION DE LA TURBULENCE ET UN SCHEMA DE LONGUEUR DE MELANGE ADAPTE AU PROBLEME CONSIDERE.