Etude expérimentale du contrôle d'une couche de mélange par décollement piloté : analyse de l'actionneur et application sur un jet

Experimental study of mixing layer control by forced separation : actuator analysis and jet application

• Auteur / Autrice : Romain Mathis
• Direction : Jean-Paul Bonnet, Erwan Collin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement cisaillé

Décompositions orthogonales

Turbulence

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale d'un dispositif d'augmentation de mélange. Le principe retenu consiste à générer un décollement sur un bord de fuite biseauté. Ce décollement piloté, considéré comme un actionneur, génère un fort sillage à la fois vertical et transversal, ainsi que de la vorticité longitudinale sous la forme d'une paire de grosses structures contrarotatives. L'étude de cet actionneur dans une configuration simplifiée de couche de mélange plane permet de définir une géométrie efficace et ses caractéristiques majeures. L'analyse de la couche de mélange plane manipulée révèle de nombreuses modifications par rapport à l'écoulement naturel, accompagnées d'une importante augmentation du taux d'évasement. Les processus transitoires de l'actionneur, le passage d'un état collé à un état décollé sur le biseau et vice-versa, font l'objet d'une investigation particulière. Les temps caractéristiques de chacun des processus ainsi que les phénomènes correspondants sont mis en évidence. Dans la dernière partie de ce travail, une application du dispositif est réalisée sur un jet axisymétrique. Les deux configurations de répartition d'actionneurs étudiés montrent leur efficacité à augmenter le mélange. De plus, pour chacune de ces répartitions, l'analyse révèle que l'augmentation du mélange est liée à des phénomènes physiques différents.

This work is devoted to the experimental study of a mixing enhancement device. The concept selected consists in forced separation on a bevelled trailing edge. This forced separation is considered as an actuator. It generates strong vertical and transverse wakes, as well as longitudinal vorticity with a pair of large counter-rotating structures. The study of this actuator in the simplified configuration of a plane mixing layer makes it possible to define an effective geometry and its principal characteristics. The analysis of the manipulated plane mixing layer reveals many modifications compared to the natural case. These are accompanied by an important increase of the spreading rate. The transient processes of the actuator, which are the passage from an attached flow to a separated flow on the bevel and the reverse process from separated flow to attached flow, are the subject of particular investigations. The characteristic times of each of the processes, as well as the corresponding phenomena are identified. In the last part of this work, the device is implemented on an axisymmetric jet. Two configurations of actuator distribution show their effectiveness in increasing the mixing. Moreover, for each of these distributions, analysis reveals that the increase of the mixing is related to different physical phenomena.