Analyse expérimentale : simulation directe et des grandes échelles d'un panache thermique tridimensionnel en rotation

Experimental analysis : direct and large eddy simulations of a three-dimensional thermal plume under rotating conditions

• Auteur / Autrice : Minh-Vuong Pham
• Direction : Son Doan-Kim, Frédéric Plourde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Mouvement rotatoire

Modélisation tridimensionnelle

Résumé

L'analyse et la compréhension des écoulements de panache, avec ou sans rotation de la source, constituent l'objectif principal de ce présent mémoire. Les travaux reposent à la fois sur des investigations expérimentales ainsi que des simulations directes et des grandes échelles. En considérant la source statique, des phases d'expulsion et de contraction ont été démontrés, engendré par la convection de structures cohérentes se développant en périphérie immédiate du panache thermique, l'origine de ces structures étant thermique. Les résultats DNS ont permis de valider des modèles de sous maille et un modèle lagrangien " thermique " a été proposé. Avec rotation, un cisaillement altérant alors les structures favorise la turbulence et au-delà d'une vitesse critique, les lois classiques d'un panache sont affectées. Les mécanismes d'entraînement, par l'intermédiaire des phases de contraction et d'expulsion, sont également amplifiés sous l'effet de la rotation de la source.

Analysis of the thermal plume flows, with or without rotation of its source, constitutes the principal objective of this present report based either on experimental investigations or on direct (DNS) and large-eddy simulations (LES). Under static condition, it was shown that the movement is driven by expulsion and contraction phases in the lateral direction. These mechanisms are directly generated by convection of coherent original thermal structures which develops vicinity of the thermal plume. Several subgrid models were proposed in the LES and a lagrangian "thermal" model was proposed and the whole of the principal characteristics of a turbulent thermal plume was perfectly described. The rotation of the heated source generates a shear layer which accelerates the breaking down of coherent structures. The classical laws are still valid under rotating conditions however their characteristics are modified when the rotating velocities are above a critical value. Entrainment mechanisms, through contraction and expulsion phases, are also amplified under the influence of rotation.