Mesure de vorticité par diffusion ultrasonore

par Jean-François Pinton

Thèse de doctorat en Sciences. Mécanique des fluides

Sous la direction de Stéphan Fauve.

Soutenue en 1992

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Stéphan Fauve.

mots clés

• Tourbillons (mécanique des fluides)
• Ultrasons
• Ondes sonores -- Diffusion
• Turbulence

Résumé

Ce travail presente une nouvelle methode d'analyse, non-intrusive et directe, de la structure spatio-temporelle d'ecoulements par diffusion d'ondes ultrasonores. Une premiere partie est consacree a la mesure de vorticite dans le cas d'un ecoulement isentropique. De recents developpements theoriques ont montre que, lorsqu'un ecoulement cible est soumis a une onde ultrasonore plane incidente, la pression diffusee est proportionnelle a la transformee de fourier spatiale du champ de vorticite. Nous l'avons mis experimentalement en evidence dans le cas du sillage ce qui se developpe en aval d'un barreau cylindrique. Les experiences sont conduites en soufflerie et a des valeurs moderees du nombre de reynolds. Les differentes echelles de l'ecoulement sont analysees en ajustant la frequence de l'onde ultrasonore incidente, a angle de diffusion constant. L'etude de la pression diffusee par le sillage au voisinage du seuil de l'allee de von karman confirme le caractere spectral de la mesure et permet de mettre en evidence les effets de diffraction. On a ensuite caracterise la structure spatiale du champ de vorticite du sillage lorsqu'on augmente le nombre de reynolds jusqu'a la transition a la turbulence. Nous presentons egalement quelques resultats preliminaires de diffusion sur le sillage turbulent en aval d'une grille. Une deuxieme partie de ce travail est consacree a l'etude de la diffusion du son dans le cas ou l'ecoulement n'est plus isentropique. Les etudes theoriques montrent que la pression diffusee est alors proportionnelle a la transformee de fourier spatiale du champ de temperature. Nous avons mis en evidence ce comportement sur l'ecoulement de convection qui se developpe au-dessus d'un fil horizontal chauffe, dans le cas du sillage naturel et lorsque le sillage est force periodiquement

Titre traduit

Measurement of vorticity using ultrasound scattering

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