Etude expérimentale du sillage d'un obstacle, en présence de combustion, dans un écoulement de canal turbulent pleinement développé PDF Download
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L'ETUDE EXPERIMENTALE QUE NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE DE THESE CONCERNE LA CARACTERISATION DE LA STRUCTURE MOYENNE ET INSTANTANEE DES SILLAGES INERTES ET REACTIFS SE DEVELOPPANT DERRIERE UN OBSTACLE PLACE DANS UN CANAL ALIMENTE PAR DE L'AIR OU PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. CETTE ETUDE SE PLACE DANS LE CADRE DE LA VALIDATION ET L'AMELIORATION DES CODES DE CALCUL ET DES MODELES DE TURBULENCE INCLUANT LA SEPARATION DES ECHELLES COHERENTES ET ENERGETIQUES DES ECHELLES DISSIPATIVES A CARACTERE ISOTROPE ET UNIVERSEL. L'ECOULEMENT DE CANAL EN AMONT DE LA VEINE D'ESSAI, AINSI QUE LES ECOULEMENTS DE SILLAGES INERTES ET REACTIFS SONT ETUDIES AU MOYEN D'UN VELOCIMETRE DOPPLER LASER POUR LE CHAMP DE VITESSE, DE THERMOCOUPLES POUR LE CHAMP DE TEMPERATURE. DES TRAITEMENTS STATISTIQUES APPROPRIES FOURNISSENT LES MOMENTS STATISTIQUES D'ORDRE 1 A 4, LES FONCTIONS DENSITE DE PROBABILITE, LES DENSITE SPECTRALE D'ENERGIE AINSI QUE LES ECHELLES DE LA TURBULENCE. NOUS NOUS INTERESSONS PLUS SPECIFIQUEMENT AUX MODIFICATIONS QU'INDUIT LA COMBUSTION SUR LES CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE ET DES STRUCTURES COHERENTES TYPIQUES DES ECOULEMENTS DE SILLAGE ETUDIES. NOUS MONTRONS QUE L'INTRODUCTION DE LA COMBUSTION DANS LE SILLAGE EST RESPONSABLE D'UNE RESTRUCTURATION COMPLETE DU SILLAGE AVEC LA DISPARITION DES STRUCTURES PERIODIQUES DUES A L'ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE ALTERNES. LA DECOMPOSITION DE L'ENERGIE ASSOCIEE AU MOUVEMENT INSTATIONNAIRE DANS LE DOMAINE SPECTRAL MONTRE QUE LA COMBUSTION INDUIT EGALEMENT UNE MODIFICATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ASSOCIEES AUX MOUVEMENTS STOCHASTIQUES. L'ENSEMBLE DES ECHELLES ET DES GRANDEURS STATISTIQUES DETERMINEES DANS CETTE ETUDE EST ANALYSE DANS LE BUT DE PRECISER LA COHERENCE ET LE DOMAINE DE VALIDITE DES DIFFERENTS MODELES ET EQUATIONS DE FERMETURE HABITUELLEMENT UTILISES POUR LES TRANSPORTS ET LA COMBUSTION POUR UNE MODELISATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS TURBULENTS REACTIFS.
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L'ETUDE EXPERIMENTALE QUE NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE DE THESE CONCERNE LA CARACTERISATION DE LA STRUCTURE MOYENNE ET INSTANTANEE DES SILLAGES INERTES ET REACTIFS SE DEVELOPPANT DERRIERE UN OBSTACLE PLACE DANS UN CANAL ALIMENTE PAR DE L'AIR OU PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. CETTE ETUDE SE PLACE DANS LE CADRE DE LA VALIDATION ET L'AMELIORATION DES CODES DE CALCUL ET DES MODELES DE TURBULENCE INCLUANT LA SEPARATION DES ECHELLES COHERENTES ET ENERGETIQUES DES ECHELLES DISSIPATIVES A CARACTERE ISOTROPE ET UNIVERSEL. L'ECOULEMENT DE CANAL EN AMONT DE LA VEINE D'ESSAI, AINSI QUE LES ECOULEMENTS DE SILLAGES INERTES ET REACTIFS SONT ETUDIES AU MOYEN D'UN VELOCIMETRE DOPPLER LASER POUR LE CHAMP DE VITESSE, DE THERMOCOUPLES POUR LE CHAMP DE TEMPERATURE. DES TRAITEMENTS STATISTIQUES APPROPRIES FOURNISSENT LES MOMENTS STATISTIQUES D'ORDRE 1 A 4, LES FONCTIONS DENSITE DE PROBABILITE, LES DENSITE SPECTRALE D'ENERGIE AINSI QUE LES ECHELLES DE LA TURBULENCE. NOUS NOUS INTERESSONS PLUS SPECIFIQUEMENT AUX MODIFICATIONS QU'INDUIT LA COMBUSTION SUR LES CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE ET DES STRUCTURES COHERENTES TYPIQUES DES ECOULEMENTS DE SILLAGE ETUDIES. NOUS MONTRONS QUE L'INTRODUCTION DE LA COMBUSTION DANS LE SILLAGE EST RESPONSABLE D'UNE RESTRUCTURATION COMPLETE DU SILLAGE AVEC LA DISPARITION DES STRUCTURES PERIODIQUES DUES A L'ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE ALTERNES. LA DECOMPOSITION DE L'ENERGIE ASSOCIEE AU MOUVEMENT INSTATIONNAIRE DANS LE DOMAINE SPECTRAL MONTRE QUE LA COMBUSTION INDUIT EGALEMENT UNE MODIFICATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ASSOCIEES AUX MOUVEMENTS STOCHASTIQUES. L'ENSEMBLE DES ECHELLES ET DES GRANDEURS STATISTIQUES DETERMINEES DANS CETTE ETUDE EST ANALYSE DANS LE BUT DE PRECISER LA COHERENCE ET LE DOMAINE DE VALIDITE DES DIFFERENTS MODELES ET EQUATIONS DE FERMETURE HABITUELLEMENT UTILISES POUR LES TRANSPORTS ET LA COMBUSTION POUR UNE MODELISATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS TURBULENTS REACTIFS.
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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA PRESENTATION DE L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE ZONE DE COMBUSTION TURBULENTE STABILISEE DANS LE SILLAGE D'UN OBSTACLE PLACE DANS UN ECOULEMENT DE CANAL TURBULENT PLEINEMENT DEVELOPPE ALIMENTE PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. ON ETUDIE LA SENSIBILITE DES CARACTERISTIQUES DES ECOULEMENTS INERTES ET REACTIFS A UNE MODIFICATION DU DEBIT D'ALIMENTATION DU CANAL, DE LA FORME ET DE LA SECTION DE L'OBSTACLE ET DU TAUX DE BLOCAGE DEFINI COMME ETANT LE RAPPORT ENTRE LA HAUTEUR DE L'OBSTACLE ET LA HAUTEUR DU CANAL. LA COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DE CES DEUX TYPES D'ECOULEMENT PRESENTANT LES MEMES CONDITIONS DE DEBIT ET DE GEOMETRIE D'OBSTACLE MONTRE QUE, MALGRE LA SIMILARITE APPARENTE DE LA NATURE DE LA STRUCTURE ASSOCIEE AU CHAMP DE VITESSES MOYENNES QUI SE MANIFESTE NOTAMMENT PAR LA PRESENCE D'UNE ZONE DE RECIRCULATION SUIVIE PAR UNE ZONE DE SILLAGE, LE CONTENU ENERGETIQUE DES SPECTRES TEMPORELS DES SIGNAUX DE VITESSES EST PROFONDEMENT MODIFIE LORSQUE L'ON PASSE DE L'ECOULEMENT INERTE A L'ECOULEMENT REACTIF. DANS LE CAS INERTE, LES SPECTRES DE VITESSES PRESENTENT, EN PARTICULIER AU VOISINAGE DE L'AXE DE SYMETRIE DU CANAL ET POUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE, UNE FREQUENCE MARQUEE QUI EST ASSOCIEE A LA PRESENCE D'UN ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE. DANS LE CAS REACTIF, ON OBSERVE UNE DISPARITION COMPLETE DE CETTE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE AVEC, DANS CERTAINS CAS, APPARITION D'UNE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE LONGITUDINALE ET SUR LE SPECTRE DU SIGNAL DE TEMPERATURE. CETTE MODIFICATION DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES DU SIGNAL DE VITESSE S'ACCOMPAGNE D'UNE FORTE DIMINUTION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE TRANSVERSE ET D'UN MAINTIEN DU NIVEAU DES FLUCTUATIONS DE VITESSE LONGITUDINALE. CES RESULTATS MONTRENT QUE, SI DES STRUCTURES ORDONNEES EXISTENT ENCORE AU SEIN DE L'ECOULEMENT REACTIF, LEUR CONTENU ENERGETIQUE EST, AU MAXIMUM, DE L'ORDRE DE GRANDEUR DE CELUI ASSOCIE A LA TURBULENCE
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LA PRESENTE ETUDE A ETE ENTREPRISE AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LA DEFAILLANCE DES MODELES DE TURBULENCE A EQUATIONS DE TRANSPORT DANS LE CAS D'ECOULEMENT PARIETAUX A FORT GRADIENT DE PRESSION DEFAVORABLE. POUR CELA, UNE EXPERIENCE A ETE IMAGINEE DANS LAQUELLE UN ECOULEMENT DE CANAL PLAN ETABLI EST SOUMIS A UNE FORTE DECELERATION AU TRAVERS D'UN DIFFUSEUR PLAN ASYMETRIQUE. LA DIFFERENCE ESSENTIELLE ENTRE CETTE CONFIGURATION ET LE CAS, PLUS SOUVENT ETUDIE, DE COUCHE LIMITE DECELEREE RESIDE DANS LA STRUCTURE DE LA ZONE EXTERNE QUI EST PLEINEMENT TURBULENTE DANS NOTRE CAS ET INTERMITTENTE POUR UNE COUCHE LIMITE. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS DE CALCUL ISSUS DU MODELE (, ) EST PRESENTEE, AVEC L'INTENTION DE MONTRER QUE L'HYPOTHESE SELON LAQUELLE LA DEFICIENCE CONNUE DU MODELE EN ZONE EXTERNE POURRAIT-ETRE RELIEE A LA PRESENCE DU PHENOMENE D'INTERMITTENCE. LES RESULTATS OBTENUS SEMBLENT INDIQUER QUE LES PREDICTIONS D'UN ECOULEMENT DE PAROI EN TURBULENCE PLEINEMENT DEVELOPPEE NE PRESENTENT PAS LES DEFAILLANCES OBSERVEES EN COUCHE LIMITE DECELEREE. LE COEFFICIENT DE FROTTEMENT, LES EPAISSEURS CARACTERISTIQUES, LES PROFILS DE VITESSE DEFICITAIRE ET LES PROFILS DES GRANDEURS TURBULENTES SONT EN BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE. EN CONSEQUENCE, EN LES SENSIBILISANT AU PHENOMENE D'INTERMITTENCE, ON EST AMENE A PENSER QUE LA REPONSE DES MODELES POURRAIT-ETRE AMELIOREE.
Author: Franc Vigié Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
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Ce travail a pour objet l'étude d'un écoulement à surface libre en présence d'un obstacle unique bidimensionnel placé sur le fond d'un canal. L'objectif est de déterminer quel est le rôle de l'obstacle et son influence sur la dynamique de l'écoulement. Deux obstacles, un demi-cylindre et un obstacle de forme gaussienne sont utilisés. Pour ces deux types d'obstacles, des mesures expérimentales de hauteurs d'eau au centre du canal permettent d'obtenir différents profils de surface libre. Ceux-ci sont classés en régimes d'ondes de surface en fonction des paramètres de l'écoulement: le nombre de Froude et le facteur de blocage, qui rapporte la hauteur de l'obstacle à la hauteur d'eau mesurée sans obstacle. L'hydrodynamique au voisinage de l'obstacle est caractérisée à l'aide de mesures de champs de vitesses bidimensionnels. Une analyse de la topologie du champ de vitesse moyen et de la structure turbulente de l'écoulement est conduite et certains mécanismes physiques, contrôlant la forme de la surface libre et la structure locale de l'écoulement, sont mis en évidence.
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Un sillage est la zone de perturbations turbulentes que laisse derrière lui tout corps en mouvement dans un fluide. Parmi les sillages de corps profilés auxquels on s'intéresse ici, il convient de différencier les sillages de trainée, des sillages de corps propulsés. Dans ce dernier cas, la connaissance des caractéristiques de l'écoulement présente un intérêt certain pour la détection des véhicules. L'objectif de cette étude est d'apporter les informations expérimentales les plus complètes possibles sur l'évolution du champ de vitesse. Pour cela nous avons mis en place une expérience en soufflerie anéchoïque. Un systême d'acquisition automatisé des trois composantes du vecteur vitesse instantanée a été développé spécialement. Une exploration des sillages pur et autopropulsé du même corps est effectuée pour un vaste domaine (de 0,2 a 50 diamêtres de maquette en aval du corps). Un résultat original de cette étude est la mise en évidence experimentale de l'existence d'une affinité pour un sillage lointain de corps autopropulsé par hélice. Nous avons déterminé tous les termes de l'équation d'énergie cinétique turbulente accessibles à la mesure. Pour le sillage de corps autopropulsé par hélice, le fait que la production d'énergie cinétique turbulente soit négligeable dans la zone affine est un résultat expérimental important. L'analyse des densités spectrales de puissance met en evidence, dans le cas du sillage autopropulsé, un signal large bande auquel viennent s'ajouter des raies spectrales. Ce constat nous a conduit à effectuer un traitement statistique de la vitesse en phase avec la rotation de l'hélice. On obtient une visualisation des structures organisées de l'écoulement, presentes pour une région qui s'étend jusqu'a deux diamètres du corps en aval de celui-ci.
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DETERMINATION DU COMPORTEMENT DES CHAMPS MOYENS DE LA VITESSE AXIALE LONGITUDINALE ET DES CHAMPS MOYENS ET FLUCTUANT DE LA TEMPERATURE DANS UN ECOULEMENT TURBULENT INITIALEMENT PLEINEMENT DEVELOPPE DANS UN TUBE CYLINDRIQUE HORIZONTAL ET FORTEMENT CHAUFFE PAR LES PAROIS
Author: Thomas Goossens Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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Nous analysons ici les efforts exercés par un écoulement uniforme sur un cylindre à section carrée. Une des motivations principales est d'examiner la façon dont les fluctuations d'efforts se construisent, qu'elles soient de natures incohérente ou cohérente à partir de la dynamique de l'écoulement. Le problème est alors abordé sous deux angles : le calcul numérique par simulation LES (code Trio_U développé par le C.E.A., Grenoble) et les mesures en soufflerie avec en particulier le développement d'une balance instationnaire. L'étude de l'écoulement par la confrontation permanente des résultats numériques et expérimentaux à permis de valider la simulation LES, d'enrichir la banque de données relative à cet écoulement par l'étude de la PIV-2C. De plus, les fréquences des deux instabilités de la couche cisaillée (instabilité absolue du sillage et instabilité convective de Kelvin-Helmholtz) ont été analysées. Une analyse des grandes échelles de la dynamique des efforts est proposée à partir de la pression pariétale. Le rôle dominant des corrélations spatiales de pression dans les fluctuations des grandeurs globales est mis en évidence. L'influence de la turbulence sur la dynamique des efforts est aussi discutée. Enfin, nous exposons une technique de détection dans le sillage des tourbillons contribuant aux efforts globaux. La traînée et la portance sont exprimées à l'aide de la vitesse de l'écoulement et de ses dérivées. L'évolution temporelle des efforts est ainsi reconstituée. Cette étude ouvre alors des perspectives pour le contrôle actif des écoulements décollés instationnaires par l'identification des régions de l'écoulement jouant un rôle majeur à la production des forces.
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La prédiction des écoulements turbulents à bulles nécessite de connaître et de modéliser les conditions aux limites à la paroi, en particulier lorsque les bulles sont générées à la paroi. Dans cette optique, nous étudions par voie expérimentale l'injection de petites bulles d'air à la paroi inférieure d'un canal horizontal dans un écoulement d'eau turbulent isotherme, bidimensionnel et établi. La distribution des phases, les vitesses et diamètres de bulles sont caractérisés à l'aide d'une sonde à fibres optiques. Les composantes de la vitesse du liquide ainsi que le frottement turbulent sont mesures par anémométrie a film chaud. Le développement longitudinal de la couche de bulles, ainsi que les mécanismes de mise en vitesse des inclusions sont étudiés. Nous montrons la similitude des profils de taux de vide et le rôle joué par les interactions entre les bulles et avec la turbulence du liquide, sur les transferts de quantité de mouvement entre les phases. L'excès des fluctuations de vitesse de la phase liquide près de la paroi est analysé et attribué en grande partie au glissement des bulles. Nous montrons qu'aucune influence de la rugosité des bulles à la paroi n'est à prendre en compte. La loi logarithmique des vitesses est valable, mais l'universalité de la pente est remise en cause. Le frottement turbulent est calculé et comparé aux mesures. Parmi les mécanismes prépondérants qui contribuent à l'augmentation du frottement de paroi, nous mettons en évidence en plus du rôle de l'allégement du fluide par l'injection des bulles, l'influence du développement de l'écoulement moyen. Un complément d'analyse est réalisé sur des mesures de la littérature en écoulement bouillant ascendant de freon 113. La turbulence de la phase liquide se trouve fortement modifiée à la fois par la nucléation de bulles de vapeur à la paroi et par les forces de gravite qui provoquent un glissement important des bulles.
Author: Francis Sabathier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 316
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DANS LES BRULEURS ORIGINAUX ET A L'AIDE DE DIAGNOSTICS NON INTRUSIFS BASES SUR DES TECHNIQUES LASER IL A ETE MIS EN EVIDENCE LES EFFETS HYDRODYNAMIQUES ASSOCIES A LA RETROACTION DU MOUVEMENT DU FRONT DE LA FLAMME SUR L'ECOULEMENT TURBULENT AMONT. CE PHENOMENE SE TRADUIT PAR UNE ATTENUATION SPECTACULAIRE DES BASSES FREQUENCES PRESENTES DANS LE SPECTRE DE LA TURBULENCE DE L'ECOULEMENT EXCITATEUR. AU VOISINAGE DU SEUIL D'INSTABILITE, ON MET EN EVIDENCE L'EMERGENCE D'UN PHENOMENE DE RESONANCE LORSQUE LA TAILLE CARACTERISTIQUE DES TOURBILLONS SE RAPPROCHE DE CELLE DES STRUCTURES CELLULAIRES
Author: Stéphane Sanquer
Author: Stéphane Sanquer
Author: Stéphane Duplantier
Author: Laurence Brunet-Lartaud
Author: Franc Vigié
Author: Thierry Faure (physicien).)
Author: Jean-Paul Dussauge
Author: ABDELLATIF.. CHAKIR
Author: Thomas Goossens
Author: Céline Gabillet
Author: Francis Sabathier