Etude experimentale et modelisation de la turbulence homogene compressee

par GUILLAUME SERRE

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de J.-N. GENCE.

Soutenue en 1994

à l'ECL .

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  • Résumé

    L'etude presentee porte sur l'evolution des ecoulements turbulents homogenes a faible nombre de mach subissant une compression. L'objectif est, d'une part, de fournir des donnees experimentales nouvelles et, d'autre part, de proposer une modelisation des phenomenes observes. Cette etude s'applique en particulier aux ecoulements internes dans les chambres de combustion des moteurs a piston. Le dispositif experimental utilise permet de creer une turbulence en deplacant une grille dans un cylindre et de comprimer celle-ci par deplacement d'un piston. Les mesures sont realisees par anemometrie laser a effet doppler. La vitesse moyenne et la variance des fluctuations sont deduites de moyennes d'ensemble portant sur 500 realisations pour chaque point de mesure. Les resultats obtenus montrent, qu'au centre de la chambre et en l'absence de compression, la turbulence est quasiment homogene et decline suivant une loi de puissance du temps. Ils permettent de verifier, qu'en l'absence de turbulence initiale, la compression cree un ecoulement quasiment laminaire et uniforme. Lorsque la turbulence est compressee, les mesures sont analysees dans un repere suivant le mouvement moyen. Les resultats montrent que l'homogeneite de la turbulence est relativement bien conservee et que la compression amplifie l'energie cinetique massique de la turbulence ainsi que son taux d'anisotropie. Un modele pour la turbulence homogene isotrope subissant une compression isotrope est propose. Ce modele fait l'hypothese, valable a petit nombre de mach, que le champ de vitesse fluctuante reste a divergence nulle. Il rend compte de deux effets essentiels: l'effet de reduction de volume qui peut etre calcule exactement en utilisant une transformation sur les variables de temps et d'espace et l'effet des variations de viscosite cinematique. Ce second effet, qui est important lorsque la compression est rapide relativement au declin de la turbulence initiale, provoque l'apparition d'un ecart entre le flux d'energie des grandes vers les petites echelles turbulentes et le taux de dissipation. Ce phenomene est decrit par une equation d'evolution pour ces deux quantites. Le modele obtenu qui comprend trois equations permet de reproduire des resultats obtenus par simulation numerique directe. Dans le cas ou la compression est axiale, ces idees sont reprises pour corriger des modeles usuels de calcul du tenseur de reynolds. On montre en particulier que la prise en compte des effets des variations de viscosite ameliore les predictions de l'energie cinetique d'environ 10% pour les cas experimentaux presentes


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Informations

  • Détails : 172 P.
  • Annexes : 71 REF.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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