Etude expérimentale et numérique de la transition laminaire-turbulent en écoulement instationnaire

Other literature type French OPEN
Studer, Gilles (2005)
  • Subject: Transition | Instationnaire | Couche limite | Stabilité | Ondelettes | Navier-Stokes | 532

L'étude présentée dans ce mémoire concerne l'analyse de la transition laminaire-turbulent en écoulement instationnaire en vue de sa prévision dans les codes de calcul Navier-Stokes. La mise au point d’un critère de transition nécessite dans un premier temps de comprendre le phénomène physique, ensuite de le modéliser pour tenter de le prévoir. C’est dans cette optique que se situent les développements réalisés dans cette thèse. En s’inspirant des études disponibles dans la littérature, nous avons mis au point un dispositif expérimental original capable de reproduire le phénomène de transition en présence de gradients de vitesse temporel et spatial avec différents niveaux d’instationnarité. Deux modes de transition bien distincts ont alors été mis en évidence : la transition découlant d’un processus d’instabilité et la transition provoquée par la convection de la turbulence créée en amont. L’analyse fine de ces phénomènes a été réalisée grâce à l'utilisation de la transformée par ondelettes continue. Dans le cas de la transition par instabilités, les résultats obtenus ont été confrontés avec succès à une modélisation quasi-stationnaire d’amplification des ondes. La validation du scénario d’instabilité par ondes de Tollmien-Schlichting a ouvert la voie vers l’adaptation du critère de prévision e[exposant N] en instationnaire. Un critère analytique de transition instationnaire a aussi été mis au point et confronté aux résultats expérimentaux en approche couche limite et en approche Navier-Stokes dans le code de calcul elsA. Les performances et les limités de ces différentes stratégies sont finalement discutées. This thesis deals with the analysis of unsteady boundary layer transition in a view to predicting it in Navier Stokes solver. The development of a transition criteria implies that the physics is previously well understood and modelized. It is this point of view which is adopted in this work. Inspired by pioneering investigations available in literature, we have built an original experimental setup which can reproduce the unsteady transition phenomena in presence of streamwise pressure gradients with different unsteadiness levels. Two modes of transition were highlighted: transition by instability and transition by convection of the turbulence created upstream. The accurate analysis of these phenomena was done thanks to the continuous wavelet transform. In the case of transition by instability, results are compared successfully with a quasi-steady model of wave amplification. The validation of Tollmien-Schlichting wave scenario draw the way to the adaptation of eN method in an unsteady way. An analytic criterion was also used in aboundary layer code and in the elsA Navier-Stokes solver. The efficiency and limitation of these different strategies are finally discussed.
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