Stabilité non-modale des jets ronds à densité variable

par Gabriele Nastro

Projet de thèse en Dynamique des fluides

Sous la direction de Laurent Joly et de Jérôme Fontane.

Thèses en préparation à Toulouse, ISAE , dans le cadre de MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés , en partenariat avec Energétique et Dynamique des Fluides (laboratoire) depuis le 22-01-2017 .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de développer une approche non-modale pour étudier l'instabilité secondaire des jets inhomogènes. Le caractère instationnaire de l'écoulement de base oriente ce travail vers une approche de type direct-adjoint qui ne présente pas les défauts de l'analyse modale utilisée jusqu'alors sous hypothèse quasi-statique. L'analyse de type direct-adjoint consiste à faire des allers-retours dans le temps entre un instant de perturbation t0 et un horizon temporel t0+T par résolution numérique des équations linéarisées d'évolution du système. À convergence d'une procédure itérative d'optimisation, on dispose de la perturbation optimale et de la faculté de démonter les mécanismes physiques de développement de l'instabilité secondaire. L'utilisation classique de ce type d'outil consiste à la maximisation du gain d'énergie de la perturbation, mais il est possible de définir toute une panoplie de fonctions d'optimisation en relation directe avec l'objectif recherché. On peut par exemple choisir de minimiser la variance du champ de densité pour augmenter le mélange ou de minimiser l'énergie des ondes de pression émises dans un souci de furtivité acoustique. Dans un second temps, on considérera le développement non-linéaire des perturbations optimales au moyen de simulations numériques directes 3D afin de mesurer l'impact des nonlinéarités et voir si elles conduisent à des éjections latérales. À moyen terme et en continuation directe de ce projet, le contrôle et la mesure du mélange passera par la conception et la réalisation d'un démonstrateur de contrôle (actif et passif) sur le banc d'essai du département en s'appuyant sur les mécanismes identifiés dans la phase théorique.

  • Titre traduit

    Non-modal stability of variable-density round jets


  • Résumé

    The PhD thesis objective is to analyse the in infuence of the specific features of time-dependent variable-density Kelvin-Helmholtz vortex ring on the development of secondary three-dimensional instabilities in the round jet case on the basis of a non-modal stability analysis. In particular, the side jets evolution is the ultimate prospect of this study: as a matter of fact, it has been observed experimentally that, when the density ratio between the jet density jet and the ambient one is sufficiently low (S < 0.5), light jets are characterised by the appearance of side jets which enhance significantly the flow spreading up to angles of 90°. Despite an important literature on this subject, the physical mechanism is still liable to conjectures. To this end, the aim of present work is to understand the mechanism at the origin of such secondary structures also with the perspective to extend the foreground into different spheres of application.