Étude et modélisation du phénomène de croissance transitoire pour des couches limites incompressibles et compressibles

par Olivier Vermeersch

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Daniel Arnal et de Alessandro Bottaro.

Soutenue en 2009

à Toulouse, ISAE .

mots clés

• Transition Bypass
• Modes de Klebanoff
• Stries
• Croissance transitoire
• Couche limite
• Turbulence
• Rugosité

Résumé

La détermination de la position de la transition laminaire/turbulent est un enjeu majeur de l'aérodynamique moderne. De nombreuses expériences ont montré qu'au sein de couches limites soumises à de fortes perturbations extérieures, le scénario classique de transition par ondes de Tollmien-Schlichting n'est plus valide. Dans de telles conditions, les perturbations prennent la forme de modes de Klebanoff plus communément appelés stries. Ces stries peuvent être amplifiées de façon transitoire et déclencher une transition prématurée, dite Bypass, signifiant que la transition naturelle a été court-circuitée. Le problème est qu'à l'heure actuelle, il n'existe pas de modèle permettant de prévoir cette transition Bypass. L'objectif de cette thèse est de proposer un critère de transition lorsque l'étude du mode de Tollmien-Schlichting ne fournit plus de renseignements pertinents. La première étape a consisté à déterminer les caractéristiques des stries les plus amplifiées dans une couche limite bidimensionnelle compressible ; bien que cette approche fournisse des résultats cruciaux, les stries ainsi calculées correspondent à un état optimum qui peut se révéler très éloigné de l'état physique obtenu expérimentalement. L'étape suivante a donc consisté à mettre en place un modèle, s'appuyant sur la théorie des perturbations optimales, permettant de prévoir la transition Bypass au sein de couches limites soumises à un environnement extérieur fortement perturbé. L'application du modèle à des couches limites soumises à une forte turbulence extérieure ou se développant sur des parois rugueuses a fournit des résultats pertinents aux regards des valeurs expérimentales existantes.

Titre traduit

Studying and modelling of transient growth phenomenon for incompressible and compressible boundary layers

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