Simulation des grandes echelles d'ecoulements turbulents stratifies en densite

par BENOIT FALLON

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de M. LESIEUR.

Soutenue en 1994

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Par la technique de simulation des grandes echelles, on etudie l'influence de la stratification stable sur la dynamique des structures coherentes se developpant en aval d'une marche. En l'absence de forces de flottaison, on montre que l'ecoulement developpe des tourbillons de kelvin-helmholtz fortement distortus suivant l'envergure, conduisant a des interactions tourbillonnaires d'appariements helicoidaux. Nous l'expliquons par le forcage induit par la recirculation. Les predictions statistiques sont en bon accord avec les mesures experimentales. Pour les configurations stratifiees, l'ecoulement tend a se bidimensionnaliser par stabilisation de la poche de recirculation. On visualise pour des intensites de stratification croissante le blocage de la croissance de la couche cisaillee par inhibition des processus d'appariements puis des instabilites primaires de kelvin-helmholtz, le developpement d'ondes de gravite et d'interfaces stables de densite. La topologie de l'ecoulement est comparee aux visualisations sur la couche de melange stratifiee. Des simulations complementaires ont permis de mettre en evidence les mecanismes instables du couple barocline. On montre, en accord avec le critere de stabilite lineaire, la formation d'une cascade de tourbillons de kelvin-helmholtz baroclines sur l'interface de densite entre deux structures primaires, favorisant les processus de melange turbulent. Enfin, les potentialites de la simulation des grandes echelles sont demontres sur un ecoulement industriel dans une cavite stratifiee. Les fluctuations de temperature sont comparees aux mesures experimentales. Les visualisations graphiques sont completees par des animations tridimensionnelles instationnaires


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  • Détails : 149 P.
  • Annexes : 97 REF.

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