Etude de la structure d'une couche limite turbulente soumise à des oscillations transversales de la paroi

par Latifa Skandaji Rezg

Thèse de doctorat en Énergétique. Thermique

Sous la direction de Denis Jeandel.

Soutenue en 1997

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Dans cette thèse l'étude expérimentale présentée concerne la réduction du frottement et de la turbulence dans une couche limite. Cette réduction est produite par des oscillations transversales périodiques appliquées au niveau de la paroi sur laquelle se développe une couche limite turbulente. Les simulations numériques directes de Jung et al. (1992) de l'écoulement de canal soumis à des oscillations périodiques, dans la direction transversale, sont à l'origine de cette étude. Elles montrent en effet, une réduction de l'activité turbulente et du frottement qui peut atteindre jusqu'à 40%. Ces réductions ont été également observées dans d'autres études de simulations numériques directes d'une couche limite tridimensionnelle sous l'action d'un gradient de pression transversal constant appliqué a l'écoulement. Les processus qui sont à la base de ces réductions ont été attribués à une modification fondamentale de la structure de l'écoulement très près de la paroi et notamment à une modification de l'interaction qui existe entre les "streaks" et les tourbillons longitudinaux. Les résultats obtenus dans cette étude confirment ces mécanismes et montrent de bon accord avec les simulations de Jung et al. (1992). Les principaux résultats sont les suivants : L'analyse de la tension de Reynolds uv dans les quatre quadrants montre une augmentation de l'intensité des fluctuations de vitesses longitudinales positives, liée à un changement du mécanisme de production de la turbulence près de la paroi. Les corrélations spatio-temporelles de la fluctuation de vitesse longitudinale ainsi que les mesures de vorticite montrent des changements importants aux niveaux des structures "typiques" de la couche limite. On observe notamment une augmentation de l'espacement transversal moyen entre les "streaks", une diminution de la période moyenne des éjections ainsi qu'une réorientation des structures dans la direction transversale. Les bilans effectués à partir de l'équation de transport de l'énergie cinétique montrent, dans la zone ou le cisaillement transversal est important, une réduction du terme de diffusion visqueuse de l'énergie qui tend à atténuer la diminution de l'énergie cinétique turbulente.

  • Titre traduit

    Study of the structure of a boundary layer bu means of spanwise-wall oscillation


  • Résumé

    This thesis describes an experimental study concerning skin friction and turbulence reduction in a boundary layer. This reduction is obtained by a cyclic spanwise oscillations to the wall where the turbulent boundary layer is developed. This study is motivated by the direct numerical simulation results of a channel flow subjected to an oscillatory spanwise coss-flow of Jung et al. (1992). They showed a reduction of turbulence activity and turbulent drag up to 40%. This reduction has also been observed by other studies of three-dimensional boundary layer produced by a constant pressure gradient. These mechanisms have been attributed to fundamental modifications of the near-wall structures, especially to the modification of the interaction between the " steaks" and streamwise vortices. This study also confirms these mechanisms and the findings of Jung et al. (1992). The principal results are as follows : Quadrant analysis of the Reynolds shear stress uv shows an increase in intensities of wallward motion linked to change of the turbulence production mechanism near the wall. Space-time streamwise velocity correlations and vorticity measurements show important changes of "typical" structures of a boundary layer. Especially, we found an increase of the mean spanwise "streak" spacing, a decrease of a mean period of "ejections" as well as a turning of structures towards spanwise direction. Transport equation of kinetic energy shows a decrease of viscous diffusion term in the region of high spanwise shear that leads to attenuate the decrease of turbulent kinetic energy.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (132 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 151 références

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1700
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