Mélange d'un scalaire passif dans les écoulements turbulents

par Wouter Bos

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Jean-Pierre Bertoglio.


  • Résumé

    Le mélange d'un scalaire passif par un écoulement turbulent est étudié. D'abord, la simulation numérique directe (DNS), la simulation des grandes échelles (LES) et des arguments dimensionnels sont employés pour étudier le spectre du flux de scalaire dans une turbulence isotrope avec un gradient moyen uniforme de scalaire. Une loi d'échelle est dérivée. Cette loi conduit à des pentes du spectre variant entre -5/3 et -7/3 en zone inertielle. De premiers résultats de LES plaident en faveur d'un comportement en K-2. Ensuite, en utilisant une fermeture en deux points (EDQNM), nous montrons qu'aux nombres de Reynolds très élevés, le spectre de flux de scalaire dans la zone intertielle se comporte en K-7/3. Ce résultat est en accord avec l'analyse dimensionnelle classique de Lumley (1967). Aux nombres de Reynolds correspondant aux expériences de laboratoire, la fermeture conduit à des spectres plus près de K-2. Nous montrons ensuite que le comportement en K-2 trouvé en LES est induit par le forçage à grande échelle. La fermeture est alors appliquée au cas des écoulements homogènes cisaillés et les spectres du flux de scalaire longitudinal et transverse sont étudiés. Le spectre du flux longitudinal est trouvé proportionnelle à K/-23/9. Ce résultat est en accord avec l'expérience mais est en désaccord avec l'analyse dimensionnelle classique. Finalement, nous montrons que le lien entre la dispersion de particules et le mélange d'un scalaire permet de formuler une fermeture en deux points et un temps qui ne nécessite l'introduction d'aucune constante dans le modèle.

  • Titre traduit

    Passive scalar mixing in turbulent flow


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The mixing of a passive scalar in turbulent flow is studied. First, Direct Numerical Simulation (DNS), Large Eddy Simulation (LES) and dimensional arguments are used to investigate the scalar flux spectrum in isotropic turbulence with a mean scalar gradient. A scaling law allowing for inertial range slopes varying from -5/3 to -7/3 is derived. The LES results support a K-2 expression. Subsequently, using a two-point closure (EDQNM), we show that at very high Reynolds numbers, the scalar flux spectrum in the intertial range behaves as predicted by the classical dimensional analysis of Lumley (1967) and scales as K-7/3. At Reynolds numbers corresponding to laboratory experiments the closure leads to a spectrum closer to K-2. It is shown that the K-2 scaling in the LES in induced by large scale forcing. The closure is then applied to homogeneous shear flow and the spectra of cross-stream and streamwise scalar fluxes are investigated. The streamwise scalar flux spectrum is found to scale as K-23/9. This result is in agreement with experiments but disagrees with classical dimensional analysis. Eventually, we show that the link between particle dispersion and scalar mixing allows to formulate a Markovian two-point closure for the velocity and scalar that does not involve any model constant.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 132 réf.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Institut d'Alembert-Bibliotheque de Mecanique..
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : BOS
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1987
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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