Etude experimentale de l'instabilite de gortler : identification de criteres d'amplification et de l'intermittence, effets de bord d'attaque et de forcage de longueur d'onde

An experimental investigation of the gortler instability : identification of amplification criteria and itermittency, leading edge effect and wavelength forcing

• Auteur / Autrice : AHMAD AJAKH
• Direction : Hassan Peerhossaini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

L'ecoulement d'une couche limite laminaire sur une paroi concave, donne naissance a des tourbillons longitudinaux via l'instabilite de taylor-gortler due a un desequilibre entre les forces de gradients de pression normales a la paroi et les forces centrifuges. Les tourbillons de gortler modifient de facon significative le transfert de quantite de mouvement et de chaleur. On se propose d'etudier experimentalement les differentes etapes du developpement de l'instabilite de gortler. La premiere phase du travail a consiste a developper les procedures experimentales sur un montage existant. Differents programmes d'acquisition et de traitement de donnees ont permis la mise en uvre de l'anemometrie a fil chaud. Des mesures de la composante longitudinale de la vitesse ont ete effectuees dans plusieurs sections perpendiculaires a l'ecoulement. Elles ont permis de suivre l'evolution et l'amplification spatiales de l'instabilite de gortler. Une grille de perturbation a permis de fixer la position des tourbillons. L'effet de cette perturbation sur la geometrie des tourbillons de gortler a ete etudie. Nous avons montre que chaque element de perturbation est a l'origine de deux paires de tourbillons de gortler. Leur apparition est liee a une interaction entre une instabilite dite de bord d'attaque et l'instabilite de gortler. Une etude theorique par la methode des perturbations a permis de valider les observations experimentales sur ces points. Plusieurs criteres de croissance des perturbations, fondes sur les profils de vitesse transversale et les profils de vitesse normale a la paroi ont ete calcules. Ils ont ete confrontes a la fonction d'intermittence qui caracterise l'etat (laminaire, transitionnel ou turbulent) de l'ecoulement. Il ressort que le parametre fonde sur les gradients transversaux de la composante longitudinale de la vitesse est le mieux adapte pour caracteriser l'amplification spatiale de l'instabilite. L'effet de la variation de la longueur d'onde initiale et de la vitesse de l'ecoulement moyen ont egalement ete etudies. La derniere partie du travail a consiste a construire et instrumenter une maquette thermique destinee a l'etude des transferts de chaleur en presence de l'instabilite de gortler. La surface utile de la maquette est recouverte d'une feuille resistive permettant d'imposer un flux constant a la paroi. La temperature parietale est mesuree par 191 thermocouples implantes a la surface de la maquette. L'objectif, qui constitue en meme temps une perspective de l'etude presente, est d'effectuer des mesures de temperature moyennes et instantanees dans l'ecoulement. Elles permettront de degager les grandeurs pertinentes qui seront utilisees pour effectuer un controle actif des transferts, via le controle de l'instabilite de gortler