Simulations numeriques de la turbulence dans un canal plan tournant

par Eric Lamballais

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de M. LESIEUR.

Soutenue en 1996

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    L'ecoulement en canal plan tournant est etudie par simulation numerique directe et des grandes echelles. Dans ce but, un code resolvant les ecoulements de navier-stokes incompressibles est developpe, en apportant un soin particulier a la precision des methodes numeriques utilisees. Dans le cadre de la simulation des grandes echelles, une correction du modele sous-maille a viscosite turbulente spectrale est proposee. Cette modification consiste a prendre en compte les ecarts du spectre d'energie par rapport a un spectre de kolmogorov. L'etude prealable de l'ecoulement en canal en l'absence de rotation demontre l'interet de la correction du modele, en permettant une amelioration nette des resultats statistiques. Les outils numeriques ainsi developpes permettent alors d'etudier l'influence d'une rotation solide (d'axe parallele a l'envergure) sur la structure de la turbulence dans l'ecoulement en canal. Dans un premier temps, les effets de la rotation sur les mecanismes de transition a la turbulence sont examines. Selon le taux de rotation considere, trois types de transition sont alors identifies. En particulier, il est montre que les hauts regimes de rotation vont jusqu'a empecher toute tridimensionnalisation de l'ecoulement. Enfin, une partie importante de cet ouvrage est consacree a l'etude du canal plan tournant en situation de turbulence pleinement developpee. Une large gamme de taux de rotation est consideree. Une attention particuliere est portee sur la dynamique de la vorticite absolue, qui est caracterisee a l'aide de visualisations graphiques et par l'analyse statistique des termes preponderants dans l'equation de la vorticite absolue. Il est alors mis en evidence un etirement longitudinal important de la vorticite absolue, en particulier dans la region (loin des parois) ou se developpe une zone de vorticite absolue nulle. Concernant la dynamique de proche paroi, l'action inhibitrice d'une forte rotation sur la formation des courants de haute et basse vitesse est egalement etudiee


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Informations

  • Détails : 180 P.
  • Annexes : 123 REF.

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