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Thèse soutenue

Effets de la compressibilité et d'un gradient de pression négatif sur la couche limite turbulente

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Auteur / Autrice : Stéphane Viala
Direction : Bertrand Aupoix
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance en 1995
Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Résumé

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Trois aspects des couches limites turbulentes sont abordés, tant au niveau de la compréhension des phénomènes, que de leur modélisation. Le retour vers l'état laminaire d'une couche limite turbulente soumise à un fort gradient de pression négatif est d'abord analysé. Il s'avère que les modèles de turbulence utilisant des fonctions d'amortissement ne dépendant que du nombre de Reynolds turbulent sont bien adaptés pour prévoir la relaminarisation. Les autres modèles peuvent être corrigés en reliant l'épaisseur de sous-couche visqueuse au gradient de pression ou en altérant l'équilibre imposé dans la région logarithmique. Ces modifications sont validées sur des expériences et des simulationq numériques directes. Les types d'accélération considérés vont des écoulements de puits aux détentes centrées supersoniques. L'amélioration des résultats est conséquente si l'on reste dans le domaine d'application des hypothèses d'élaboration des modèles. Du fait des nombres de Reynolds rencontrés dans les couches limites relaminarisantes, les performances des modèles de turbulence à bas nombre de reynolds sont également étudiées. Enfin, le dernier aspect abordé concerne la compressibilité de l'écoulement. A l'opposé des couches de mélange, le champ turbulent reste incompressible dans une couche limite, même si le champ moyen est fortement compressible. La sous-évaluation du frottement pariétal par les modèles de turbulence classiques n'est donc pas un problème de turbulence compressible. D'abord, l'extension des fonctions d'amortissement pour des couches limites à grande vitesse est discutée. L'élaboration d'une fonction d'amortissement est proposée pour un modèle à deux couches. On montre ensuite que l'équilibre dans la région logarithmique des modèles à équations de transport est détruit par les variations de la masse volumique. Pour remédier à ceci, deux modifications de l'équation pour la dissipation sont proposées et testées. Les concepts développés ont été validés sur une large plage de nombres de Mach et de températures de paroi.