Couches de mélange entre une vitesse uniforme et un gradient de vitesse

Mixing layers between a uniform flow and a shear flow

• Auteur / Autrice : Toutou Baila Ndiaye
• Direction : Éric Lamballais, Joël Delville, Dominique Heitz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Anémomètres à fil chaud

Écoulement cisaillé

Résumé

Après une étude paramétrique par simulation numérique directe bidimensionnelle, deux configurations de couches de mélange entre une vitesse uniforme et un gradient de vitesse sont identifiées. Ces deux configurations présentent le même gradient de vitesse mais leurs vitesses uniformes sont différentes. Pour réaliser le gradient de vitesse une grille incurvée a été utilisée. Cependant, le paramètre de cisaillement obtenu expérimentalement ne correspondait pas à la valeur théorique annoncée par la littérature. Afin de comprendre l'écart observé entre les modèles de la littérature et la réalité, la transformation d'un écoulement uniforme au travers d'une grille a été étudié par vélocimétrie par image de particules. Dans une première étape l'écoulement aux bords d'une grille inclinée est caractérisé et modèlisé. Dans une deuxième étape la génération d'un écoulement cisaillé constant à partir d'une grille profilée est modèlisé. L'étude expérimentalement par anémomètrie à fils chauds des deux configurations d'écoulements a montré que l'un des deux écoulements se développe plutôt comme une couche de mélange alors que l'autre se présente comme un sillage. Ces deux écoulements sont toutefois particuliers. En effet, la couche de mélange présente une augmentation de la production d'énergie cinétique turbulente au cours de son développement, tandis que le sillage est dissymétrique.

From a parametric study by bidimensional direct numerical simulations two mixing layer configurations between a uniform flow and a shear flow have been selected. These two configurations share the same shear flow but have a different uniform flow. The shear flow was obtained with curved gauze. However the theoretical shear parameter predicted by the literature was different from the value obtained by experiments. In order to study these discrepancies, the flow through a gauze has been studied by particle image velocimetry. This allowed the general modelization of the uniform flow through curved wire gauze, leading to linear mean velocity profiles. From a hot-wire anemometry study of the two flow configurations it was observed that one flow behaves like a mixing layer whereas the other flow yields a wake behaviour. The mixing layer indicates an increasing turbulent kinetic energy along its longitudinal development, while the wake exhibits an asymmetry.