Simulations des grandes échelles thermiques et expériences dans le cadre d'effusion anisotherme

Thermal large eddy simulations and experiments of Blowing

• Auteur / Autrice : Guillaume Brillant
• Direction : Françoise Bataille, Frédéric Ducros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique et énergétique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Simulation par ordinateur

Turbulence

Couche limite

Thermique

Résumé

La présente étude a pour objectif de développer des outils et des modèles pour la simulation des grandes échelles en thermique dans le cadre d'un écoulement turbulent perturbé par de l'effusion anisotherme. En outre, des mesures expérimentales sont effectuées en vue de compléter et de valider les résultats obtenus ; dans un premier temps, nous avons développé une condition limite d'entrée de fluide pour la vitesse et la température qui permet l'établissement d'une couche limite thermique turbulente nécessaire à l'étude de l'effusion. Nous avons ensuite étudié le comportement asymptotique de la vitesse et de la température filtrées en proche paroi et avons déterminé le comportement pariétal des flux thermiques sous-mailles. Nous avons alors choisi d'utiliser et de tester des méthodes dynamiques du calcul des la diffusivité sous-maille sur la configuration d'un canal plan turbulent avec des conditions de paroi à température imposée, flux imposé et de paroi adiabatique. L'étude, à la fois numérique et expérimentale, de l'effusion nous a permis d'évaluer l'impact de l'effusion anisotherme sur une couche limite turbulente. Nous avons notamment étudié l'impact de l'effusion sur les profils moyens et fluctuants de la vitesse et de la température mais aussi sur les profils des fluctuations vitesse-vitesse et vitesse-température. Par ailleurs, nous avons noté que l'effusion favorise le développement des structures tourbillonnaires dans la couche limite.

The aim of this work is to study thermal large-eddy simulations and to determine the non-isothermal blowing impact on a turbulent boundary layer. An experimental study is also carried out in order to complete and validate simulation results. In a first time, we developed a turbulent in let condition for the velocity and the temperature, which is necessary for the blowing simulations. We studied the asymptotic behavior of the velocity, the temperature and the thermal turbulent fluxes in a large-eddy simulation point of view. We then considered dynamics models for the eddy-diffusivity and we simulated a turbulent channel flow with imposed temperature, imposed flux and adiabatic walls. The numerical and experimental study of blowing permitted to obtain to the modifications of a thermal turbulent boundary layer with the blowing rate. We observed the consequences of the blowing on mean and rms profiles of velocity and temperature but also on velocity-velocity and velocity-temperature correlations. Moreover, we noticed an increase of the turbulent structures in the boundary layer with blowing.