Simulations numériques des effets aéro-optiques pour les écoulements turbulents compressibles

par Eric Tromeur

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Claude Basdevant.

Soutenue en 2004

à Paris 13 .


  • Résumé

    Des simulations numériques des effets aéro-optiques, via la simulation des grandes échelles (SGE), sont réalisées pour des écoulements turbulents compressibles de couche limite et de cavité. Dans ces configurations, le trouble de l'image provoqué par la distorsion de phase est l'aberration aéro-optique majeure subie par le front d'onde. Celle-ci provient de la variation de la masse volumique au sein de l'écoulement turbulent. Cette perturbation a pour effet de limiter les performances d'un système optique embarqué. En premier lieu, des SGE de couches limites turbulentes temporelles, aux nombres de Mach de 2,3 et 0,9, sont effectuées afin d'y évaluer la dégradation optique. Toutefois, ces simulations font face à plusieurs inconvénients. Afin de pallier ces limites, une simulation spatiale est mise en place via l'étude des conditions d'entrées turbulentes qui reste une question sensible en SGE. Une nouvelle méthode de renormalisation et de recyclage appliquée aux écoulements compressibles est alors mise en œuvre pour la réalisation d'une telle simulation. Par la suite, les enseignements acquis sur les effets aéro-optiques au sein d'une couche limite turbulente sont appliqués à une configuration complexe : la cavité optique. La physique des écoulements de cavité résulte de l'interaction d'une couche de mélange et d'ondes acoustiques. La difficulté revient alors à estimer la dégradation optique liée à chacun de ces deux processus. Au delà de leur intérêt prédictif, ces travaux précurseurs permettent de poser les bases nécessaires à l'analyse des effets aéro-optiques et de confirmer le rôle de la SGE pour ce type d'étude.


  • Résumé

    Numerical simulations of aero-optical effects via large-eddy simulation (LES) are carried out in turbulent compressible boundary layer and cavity flows. Within these configurations, blur image caused by phase distortion is the main aero-optical aberration undergone by wave front. This one is due to density variation in turbulent flow. This perturbation is consequently limiting performances of onboard optical system. First of all, LES of temporal turbulent boundary layers at Mach numbers equal to 2. 3 and 0. 9 are made in order to evaluate optical degradation in such flows. However, these simulations are coping with several drawbacks. In order to compensate these limits, spatial simulation is implemented through turbulent inflow conditions study which remains a critical question for LES. So, a new rescaling and recycling method applied to compressible flows is set up to carry out such simulation. The obtained outcome about aero-optical effects in turbulent boundary layer is then applied to complex configuration : the optical cavity. The cavity flows physics result from mixing layer and acoustic waves interaction. Therefore, the difficult point consists of estimating optical degradation linked with each of these two processes. Beside their predictive capability, these announcing works are funding for aero-optical effects analysis and allow us to confirm the role of LES for this type of study.

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Informations

  • Détails : 329 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 317-329

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2004 036
  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TFE TROMEUR E.
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