Etude expérimentale de deux tourbillons corotatifs

par Patrice Meunier

Thèse de doctorat en Mécanique, physique et modélisation

Sous la direction de Thomas Leweke.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de deux tourbillons corotatifs parallèles, créés dans l'eau par le mouvement impulsionnel de deux plaques planes, et analysés au moyen de visualisations au colorant et de Visualisation par Images de Particules (PIV). Nous avons créé un algorithme de PIV optimisé pour les écoulements à forts gradients de vitesse, qui translate les fenêtres d'interrogation de manière symétrique puis les déforme en fonction des gradients de vitesse. Aux faibles nombres de Reynolds, les tourbillons restent bidimensionnels et laminaires et fusionnent en un unique vortex en trois étapes : (1) croissance visqueuse des cœurs jusqu'à 24 % de la distance de séparation, (2) fusion convective, et (3) axisymétrisation du vortex final. Un modèle, basé sur le moment angulaire des filaments, prédit une déstabilisation du système de deux vortex et une chute de la distance de séparation, lorsque la taille du cœur dépasse une valeur critique. Aux nombres de Reynolds élevés, il apparaît une instabilité tridimensionnelle, liée à l'instabilité elliptique des cœurs des vortex, créant l'ondulation des cœurs des vortex à l'intérieur d'un tube de courant invariant. Le taux de croissance et la largeur de la bande de longueurs d'onde sont en très bon accord avec les prédictions théoriques. La fusion apparaît pour des tailles de cœur plus faibles, et donnent lieu à un vortex final plus turbulent et plus gros qu'en l'absence de l'instabilité tridimensionnelle. Enfin, nous avons analysé l'évolution d'une tache de colorant dans un des tourbillons de la paire. Ce salaire est soumis à de l'hyperdiffusion grâce à l'action couplée de l'étirement et de la diffusion. Un modèle simple prédit une décroissance du scalaire comme [t-3/2], mais indique que la densité de probabilité du scalaire reste stationnaire, en accord avec les résultats expérimentaux.

  • Titre traduit

    Experimental study of two corotating vortices


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Informations

  • Détails : XII-182 p.
  • Notes : Reproduction autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-182, notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
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