Intéractions fluide-structure sur les mécanismes d'instabilité tourbillonnaires en cavité confinée

Fluid-structure coupling on unstable vortex shedding phenomena inconfined chamber

• Auteur / Autrice : Renato Numes
• Direction : Son Doan-Kim, Frédéric Plourde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Interaction fluide-structure

Turbulence

Résumé

L’analyse et la compréhension du comportement instationnaire des écoulements de conduites segmentées en présence d’une source tourbillonnaire d’obstacle (VSO) qui interagit active et passivement en fonction de l’évolution de la géométrie interne de la chambre, constituent l’objectif principal de ce présent mémoire. Les investigations expérimentales au sein d’un banc d’essai gaz froid permettent d’identifier les mécanismes d’interaction tourbillonnaire, notamment le rôle potentiel d’un obstacle saillant comme source d’instabilités aérodynamiques. Une étude fluide/structure est proposé, où, à la fois, un obstacle rigide est asservit d’une oscillation à une fréquence forcé (obstacle active), mais également un obstacle flexible qui est caractérisé par une réponse fréquentiel qui lui est propre (obstacle passive). Les conséquences sur le développement des vortex shedding ainsi que les mécanismes d’interaction tourbillonnaires sont mis en évidence en utilisant des techniques de mesure et visualisation qu’ont permis l’analyse et compréhension des mécanismes en jeu parmi deux configurations géométriques que ciblent reproduire différents moments de la vie du propulseur. Si pour un obstacle active la source tourbillonnaire de paroi (VSP) est dominant, pour un obstacle passive une réduction sensible sur les fluctuations de vitesse est vérifié au sein de la couche de cisaillement (VSO) que dans de conditions particulières ont conduit à un effet de laminarisation de l’écoulement.

Analysis of segmented flow field in a confined chamber was carried out in order to estimate the role of the vortex shedding sources. Specific attention was given to the potential interaction between vortex shedding that arises from thermal inhibitor and vortex generation issued from the injecting walls. Experimental investigations were carried out with an adapted cold gas experimental set-up and analyses were specifically study the fluid/structure potential role on the two vortex source of instability. Two different fluid/structure analyses were considered. First, a forced flapping movement induced from an adapted mechanical system allows one to force the thermal inhibitor motion. A flexible obstacle was also analysed in order to shed light on the potential passive control of instability. For a forced coupling, it was found that the wall injection vortex shedding was dominant as source of instability while introducing a flexible obstacle provides a significant reduction of the instability. The amplitude of such reduction is found to be linked to the thickness of the obstacle and the considered Mach number of the flow field. It strongly depends also to the internal geometry i. E. That controls directly the interaction of the vortex sources.