Caractérisation des écoulements turbulents à proximité d'une paroi par PIV tomographique

par Fabio Jessen Werneck de Almeida Martins

Thèse de doctorat en Mécanique

Soutenue le 26-09-2016

à l'Ecole centrale de Lille en cotutelle avec Pontifícia universidade católica (Rio de Janeiro, Brésil) , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de mécanique de Lille (LML) (laboratoire) et de Laboratoire de mécanique de Lille / LML (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Christophe Robinet.

Les rapporteurs étaient Julio Soria Plaza, Fulvio Scarano.


  • Résumé

    L'étude fondamentale des structures turbulentes proche paroi est d'une significative importance en raison de son rôle dominant dans nombreuses applications d'ingénierie. Dans les écoulements turbulents, structures d'échelles différentes interagissent dans un phénomène complexe caractérisé par un processus autonome et continu. Bien que la présence de modèles de mouvements cohérents semble entretenir la turbulence, l'évolution et l'interaction de ces structures ne sont pas encore complètement compris. Pour analyser ces phénomènes, études d’ecoulements turbulents à proximité de paróis ont été effectuées sur une plaque plane dans une soufflerie et à l'intérieur d'un canal carré d'eau. Ce travail a employé une technique tomographique de vélocimétrie par images de particules pour mesurer de champs de vitesse tridimensionnel. Le traitement des données a été optimisé afin d'améliorer la précision des champs de vecteurs mesurés. Les mesures réalisées ont permis d’obtenir des statistiques conditionnelles des structures cohérentes, à savoir, les régions à faible et à grande vitesse, les "sweeps", les "ejections" et les tourbillons. Les résultats quantitatifs ont montré des structures tourbillonnaires distribués sur tout le flux, cependant, concentrée au voisinage des régions à faible vitesse et des "ejections". Les résultats ont indiqué que les structures tourbillonnaires étaient indirectement corrélés avec le processus de production de la turbulence, bien qu'ils ont été les principaux responsables de la dissipation d'énergie turbulente.

  • Titre traduit

    Characterization of near-wall turbulent flows by tomographic PIV


  • Résumé

    The fundamental study of turbulent structures near a wall is of significant importance due to its dominant role in innumerous engineering applications. In turbulent flows, eddies of different scales interact with each other in a complex phenomenon of a continuous self-sustaining process. Although the presence of patterns of coherent motion seem to be responsible for the maintenance of turbulence, the evolution and the interaction of these structures are still not completely understood. To investigate such phenomena, near-wall turbulent flows over a smooth flat plate in a wind tunnel and inside a square water channel were conducted. The present work employed a high-repetition tomographic PIV technique to measure three dimensional, time-resolved velocity fields. The tomo-PIV processing was optimized in order to improve the algorithm performance and the vector fields accuracy. Conditional statistics of coherent structures, namely, low- and high-speed regions, sweeps, ejections and vortices, were computed, providing quantitative characteristics of these structures. The statistical analyses were performed employing a data post-processing code specially developed for the present work. Results showed vortical structures spread all over the flow, nevertheless, concentrated close to low-speed regions and ejections. Results indicated that vortical structures were indirectly correlated with the process of turbulence production, although they were the main responsible for the turbulent energy dissipation.


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