Etude numérique de l'influence d'une rotation sur les écoulements cisaillés libres

par Carlos Flores Ibarra

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Marcel Lesieur.

Soutenue en 1993

à Grenoble INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les ecoulements turbulents sont frequemment soumis aux effets de la rotation. Des observations geophysiques, ainsi que des experiences dans le laboratoire, montrent que pour des taux de rotation moderes les tourbillons dont la vorticite est parallele et de meme signe que la rotation (tourbillons cycloniques) sont toujours renforces, tandis que ceux de signe contraire (tourbillons anticycloniques) sont detruits. Cependant, pour de grands taux de rotation, les tourbillons cycloniques et anticycloniques sont bidimensionnalises (theoreme de taylor-proudman). Ce travail etudie l'influence d'une rotation solide sur le developpement des instabilites et des tourbillons coherents dans les ecoulements cisailles libres (couche de melange et sillage plan). Deux approches ont ete utilisees: simulation numerique, et theorie lineaire de l'instabilite hydrodynamique. Les resultats des simulations numeriques directes des equations de navier-stokes incompressibles ont confirme les observations: stabilisation des tourbillons cycloniques, destabilisation des anticyclones pour des taux de rotation moderes, et bidimensionnalisation des tourbillons cycloniques et anticycloniques pour de grands taux de rotation. En outre, elles ont aussi montre que la destabilisation des tourbillons anticycloniques entraine la formation de tourbillons longitudinaux contrarotatifs intenses. Ces tourbillons ont ete observes dans les ecoulements cisailles confines tournants et presentent des analogies avec les tourbillons de gortler dans une couche limite concave. La resolution de l'equation d'orr-sommerfeld confirme que les modes les plus instables, pour une rotation anticyclonique moderee, sont des modes longitudinaux: la longueur d'onde suivant l'envergure des tourbillons longitudinaux observes dans les simulations numeriques tridimensionnelles est en bon accord avec les predictions de la theorie de la stabilite lineaire. L'analyse des resultats a la lumiere d'une theorie basee sur le theoreme de kelvin en milieu tournant montre que ces tourbillons longitudinaux resultent de l'etirement de filaments vortex de faible vorticite absolue

  • Titre traduit

    Numerical study of rotation effects upon free shear flows


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  • Détails : 1 vol. (161 p.)
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  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèques et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
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  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèques et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
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  • Cote : TS 93/INPG/0028
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