Étude expérimentale en tunnel hydrodynamique des instabilités de la cavitation par poche sur hydrofoil par la mesure spatio-temporelle du champ de pression pariétal

par Jean-Baptiste Leroux

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides et des transferts

Sous la direction de Jean-Yves Billard et de Jacques-André Astolfi.

Soutenue en 2003

à Nantes .


  • Résumé

    The thesis deals with partial attached cavitation instabilities. Most of the study is experimental. Experiments were carried in a water tunnel, on a partially cavitating hydrofoil. The experimental conditions ranged from sheet cavities inception to unstable cavities and cloud cavitation. In the latter case, instabilities are induced by the periodical development of a re-entrant jet under the cavity, which leads to the detachment of very erosive vapour clouds, which are convected in the cavity wake. In addition, such flows are noisy and cause structure's vibrations. Wall pressure measurements, lift and drag measurements, and numerical video records were performed. In the case of stable cavities, the analysis shows a peak of the pressure fluctuations intensity in the closure region of the cavity. It originates from spatial fluctuations of the closure, small toward the mean cavity length, due to a condensation - vaporisation mechanism, which also leads to little vapour clouds convected in the cavity wake, but without re-entrant jet. A mean temporal analysis of the pressure signals puts in evidence the development of a travelling pressure wave from the cavity detachment point up to the closure, prior to the little clouds emission. In our opinion, this pressure wave is related to a travelling wave at the interface of the cavity, and the fluctuations of the closure can be explained by the break of this wave. These fluctuations are associated with frequency peaks, leading to Strouhal numbers, based on the mean cavity length [. . . ]


  • Résumé

    Le sujet de la thèse porte sur l'étude des instabilités des poches de cavitation attachées. Il est à dominante expérimentale. Nous avons réalisé des essais en tunnel de cavitation sur un hydrofoil bidimensionnel partiellement cavitant, de l'apparition des poches jusqu'aux régimes instables de type cloud cavitation. Ces derniers sont caractérisés par le développement périodique d'un jet rentrant sous la poche, responsable du détachement de nuages de bulles très érosifs, convectés dans le sillage de la poche. Ces régimes de cavitation sont de plus source de bruit et d'excitation des structures. Des mesures de pression pariétale, des mesures de portance et de traînée, des mesures de fluctuations de pression dans le sillage, ainsi que des vidéos numériques ont été réalisées. Dans le cas des poches dites stables, l'analyse des résultats a révélé l'existence d'un pic d'intensité des fluctuations de pression en fermeture de poche. Il a pour origine des fluctuations spatiales de la fermeture, petites vis-à-vis de la longueur moyenne de poche, de type condensation - vaporisation, et responsables de l'émission de petits nuages de cavitation dans le sillage, mais sans jet rentrant. Par une analyse temporelle moyenne du champ de pression sous la poche et dans son sillage, nous mettons en évidence le développement d'une onde de pression du détachement vers la fermeture, qui précède l'émission des petits nuages. Selon nous cette onde de pression est la trace d'une vague à l'interface liquide - vapeur, et les fluctuations de la fermeture s'expliquent par un mécanisme type déferlement. Ces fluctuations sont associées à des pics de fréquences marqués, conduisant des nombres de Strouhal, basés sur la longueur moyenne des poches, proches de 0. 2 dans chaque cas. Nous montrons par une analyse quasi statique simple que ce nombre de Strouhal caractéristique résulte probablement d'un couplage poche - écoulement amont. Dans les cas de cloud cavitation, l'analyse des résultats a révélé deux dynamiques distinctes, 1 et 2 [. . . ]

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Informations

  • Détails : 117 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 73-78

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2003 NANT 2110
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2180
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