Etude et modelisation des instabilites aeroelastiques de cylindres circulaires en ecoulement transverse

par PASCAL HEMON

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Philippe Destuynder.

Soutenue en 1997

à CNAM .


  • Résumé

    On etudie les instabilites de flottement de cylindres circulaires soumis a un ecoulement d'air transversal a leur axe. Il s'agit d'un probleme vibratoire rencontre dans le dimensionnement mecanique de certains echangeurs de chaleur. L'equation du mouvement, non lineaire, est resolue par integration temporelle directe. L'essentiel du travail consiste a etudier et modeliser les efforts de couplage aeroelastique, et plus precisement ceux qui sont induits par le mouvement de la structure. Dans un premier temps, on effectue une experience de soufflerie sur des tubes rigides immobiles. On etudie plus particulierement le detachement tourbillonnaire alterne dans le cas de deux cylindres en tandem et d'un faisceau de tubes en ligne. Les tubes sont separes par un intervalle de trois diametres et cette configuration conduit notamment a un detachement synchronise sur les cylindres. On obtient egalement les efforts moyens par integration de la pression. Ces essais sont completes par des simulations numeriques navier-stokes permettant la visualisation de l'ecoulement. Les efforts mesures sont ensuite utilises au sein d'un modele de force fluide-elastique dans lequel on prend en compte le mouvement d'un tube en se referant a son voisin situe en amont. On inclue egalement le phenomene de vent apparent qui genere un amortissement aerodynamique dependant de la position. Enfin, on introduit le temps de retard entre la force aeroelastique et la position courante du tube. L'originalite vient de son interpretation physique et de son mode de calcul qui permettent de mettre en evidence et de calculer une vitesse critique d'instabilite qui correspond bien avec celle d'une experience dynamique de la litterature. L'analyse des cycles limites de vibrations montrent que l'instabilite trouve son origine dans ce decalage entre effort et position, mais que l'amplitude est quant a elle regie par l'amortissement aerodynamique non lineaire, a la maniere d'un oscillateur de van der pol.


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  • Annexes : 71 REF.

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  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 293
  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
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  • Cote : Th A 293 double
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