Simulations des grandes échelles pour les écoulements turbulents anisothermes

Large eddy simulations for anisothermal turbulent flows

• Auteur / Autrice : Sabine Husson
• Direction : Françoise Bataille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et thermique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reynolds, Nombre de

Écoulement visqueux

Mécanique des fluides

Turbulence

Résumé

L'objectif de cette étude est d'analyser l'impact d'un gradient thermique sur un écoulement turbulent subsonique dans un canal plan bi-périodique avec températures pariétales imposées pour des nombres de Reynolds de frottement de 180 et 395. Pour ce type d'écoulement, caractérisé par des variations de température qui peuvent être importantes et donc des variations significatives des propriétés du fluide, nous utilisons la Simulation des Grandes Echelles avec un algorithme basé sur les équations bas Mach. Dans un premier temps, nous comparons certains de nos résultats avec des données de simulations numériques directes et validons ainsi les choix effectués. Nous étudions ensuite l'influence des variations de la conductivité et de la viscosité et montrons que celle-ci est négligeable pour un cas faiblement anisotherme mais pas lorsque l'anisothermie est forte. La question de la modélisation sous-maille thermique est ensuite abordée. Nos résultats ne montrent pas de différence significative entre les modèles à nombre de Prandtl sous-maille constant et dynamique. Nous analysons l'effet d'une augmentation du rapport de températures et observons une perte de symétrie des profils. Le mécanisme physique sous-jacent est expliqué. Enfin, nous employons l'adimensionnement semi-local et la transformation de Van Driest et observons alors un rapprochement des profils obtenus à faible et à fort ratios de températures.

The aim of this work is to study the impact of thermal gradients on a turbulent channel flow with imposed wall temperatures and friction reynolds numbers of 180 and 395. In this configuration, temperature variations can be strong and induce significant variations of the fluid properties. We consider the low mach number equations and carry out large eddy simulations. We first validate our simulations thanks to comparisons of some of our les results with dns data. Then, we investigate the influence of the variations of the conductivity and the viscosity and show that we can assume these properties constant only for weak temperature gradients. We also study the thermal subgrid-scale modelling and find no difference when the subgrid-scale prandtl number is taken constant or dynamically calculated. The analysis of the effects of strongly increasing the temperature ratio mainly shows a dissymetry of the profiles. The physical mecanism responsible of these modifications is explained.