Le role des structures coherentes dans le controle et interactions entre echelles dans des jets ronds, plans et coaxiaux

par CARLOS FREDERICO NEVES BETTENCOURT DA SILVA

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Métais.

Soutenue en 2001

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Dans cette etude, le role des structures coherentes pour trois differents problemes d'ecoulements turbulents et en transition est etudie par des simulations numeriques directes et des grandes echelles. La premiere etude concerne le controle des jets circulaires. La generation de jets en bifurcation avec trois forcages differents a ete etudiee par l'analyse de leur dynamique tourbillonnaire. Les taux d'elargissement les plus eleves sont obtenus par l'excitation simultanee du mode dominant et de son sous-harmonique. La possibilite de controler le jet a des nombres de reynolds eleves depend des chances de survie d'une structure tourbillonnaire primaire dans un milieu de forte activite turbulente a petite echelle. La deuxieme etude analyse l'effet des larges tourbillons sur les interactions locales entre echelles resolues et sous-maille dans des jets plans turbulents et en transition. Il est demontre comment la presence de ces structures augmente les echanges energetiques entre different echelles. Les mecanismes les plus importants pour la dynamique des echelles resolues sont l'advection et les interactions pression-vitesse, tandis que la diffusion sous-maille est localement plus importante que le transfert. L'hypothese d'equilibre local n'est pas verifiee a cause des valeurs locales tres elevees d'advection d'energie cinetique sous-maille. La dissipation visqueuse sous-maille se situe surtout au centre des tourbillons. La derniere etude est basee sur l'evolution des tourbillons dans le champ proche d'un jet coaxial. Cette etude analyse les tourbillons primaires resultant de l'instabilite de kelvin-helmholtz et du phenomene de fermeture entre les couches de cisaillement interieure et exterieure du jet. L'etude s'interesse aussi a la formation d'une grande region de recirculation, decrite par des travaux experimentaux anterieurs, et son role dans la generation de tourbillons longitudinaux, de nature differente des tourbillons resultant des instabilites secondaires dans des ecoulements cisailles libres.

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Informations

  • Détails : 207 p.
  • Annexes : 144 ref.

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