Simulation des grandes échelles du processus de décrochage par éclatement de bulbe de décollement laminaire

• Auteur / Autrice : Nicolas Alferez
• Direction : Éric Lamballais, Ivan Mary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 26/03/2014
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France) - Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Larchevêque, Christian Tenaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Gloerfelt, Michel Visonneau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Simulation par ordinateur

Couche limite -- Contrôle

Simulation des grandes échelles

Décollement des écoulements

Turbulence

Mots clés libres

Transition laminaire/turbulent

Décrochage dynamique

Transition from laminar to turbulent flow

Dynamic pull-out

Résumé

On se propose d’analyser le régime transitoire de décrochage à l’aide de la simulation numériqueinstationnaire de type DNS. Cette approche permet de reproduire avec fidélité l’écoulementdans la région critique de Bulbe de Décollement Laminaire au bord d’attaque, encoreimpossible à modéliser ou mesurer avec précision. Après une étape de validation, la sensibilitédu BDL au niveau de turbulence extérieure est étudiée et comparée favorablement à celleétablie récemment dans la littérature. La phase d’établissement du décollement massif depuisle BDL est reproduite en réalisant de petites variations d’incidence à travers l’angle critiqued’apparition du décrochage. Ce raisonnement ”aux petites perturbations” permet de reproduirel’éclatement du BDL communément rattaché au décrochage statique. La déstabilisation de larégion de BDL est alors étudiée à l’aide d’une base de données instationnaires et moyennes quipermet pour la première fois de rendre compte des déformations 3D du BDL. Conservant ceprotocole, et faisant varier la vitesse du profil, on est en mesure d’évaluer l’influence de cettedernière sur le régime transitoire. Des mouvements de rotation de plus forte amplitude angulaireont permis de mettre en évidence un mécanisme de décrochage sensiblement différent duprécédent. La couche de mélange surplombant le BDL s’enroule alors pour donner naissance àun tourbillon énergétique (Leading Edge Vortex), communément associé au décrochage dynamique.Enfin, l’analyse du champ de vitesse moyen a permis de valider un critère empiriqued’apparition de l’éclatement du BDL, qui s’est révélé pertinent aussi bien pour les mouvementsde faible amplitude que ceux plus amples.

High fidelity numerical simulation is used to study the transitory flow involved during the staIl ofan airfoil at high angle of attack. The nearly DNS resolution in the Laminar Separation Bubbleprovides the required accuracy to reproduce this complex flow that still represents a challenge forboth experimentation and modeling. The numerical procedure is comprehensively validated withparticular attention to the LSB region. The sensitivity of the LSB to an external disturbance ismonitored on the airfoil and is favorably compared with a recent study on flat plate in the literature.The destabilization of the LSB during staIl is reproduced with a small variation of the angle ofattack through the critical angle. The LSB bursting, typical of a static leading edge staIl, is thusreproduced. A comprehensive study of the unsteady events during the transitory flow is performedby means of a high frequency sampling of spanwise and short time averaged data base. Ofparticular interest is the 3D deformation of the flow captured by using a large spanwisecomputational domain (one chord length). The influence of the motion dynamic is then explored.The transitory is significantly affected by a high angular amplitude motion. The shear-Iayer in theLSB undergoes a roll-up which is found to be responsible for the formation of the Leading EdgeVortex, typical of a dynamic staIl configuration. An empirical criterion for the prediction of burstingis then assessed using the statistical data base. Results are found to surprisingly match the incipientof staIl in both static and dynamicaJ conditions.