Recherche Avancée

Thèse soutenue

Étude expérimentale de couche limite turbulente sur paroi rugueuse

FR
Auteur / Autrice : Alexandre Trijoulet
Direction : Bertrand Aupoix
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance en 1999
Etablissement(s) : École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007)

Résumé

FR

Cette thèse présente la définition et les résultats d'une étude expérimentale de couche limite turbulente incompressible bidimensionnelle sur paroi rugueuse en présence de gradients de pression. La motivation de l'étude est associée à des problèmes rencontrés par EDF sur des aubes de pompes. Une synthèse bibliographique détaillée présente les connaissances actuelles sur la structure des couches limites turbulentes sur paroi lisse et sur parois rugueuses, en se focalisant plus particulièrement sur la notion de lois de paroi. L'établissement d'une similitude locale partielle entre les écoulements bidimensionnels réalisés en soufflerie et les écoulements tridimensionnels en présence de rotation uniforme présents à l'intérieur des pompes est discuté à partir d'une analyse des équations de Navier-Stokes. La difficulté d'assurer une similitude locale complète est mise en évidence. Cinq états de surface rugueux comportant des rugosités en forme de sillons triangulaires jointifs orientés perpendiculairement à l'écoulement ont été réalisés. Deux configurations d'écoulement (sans gradient de pression et ralenti) ont été retenues car des effets indésirables de faibles nombres de Reynolds sont apparus en écoulement accéléré. L'utilisation d'anémomètres à un ou deux fils chauds permet la mesure du champ de vitesses moyennes et de grandeurs turbulentes, avec la possibilité de réaliser des comparaisons croisées entre les différents résultats. Le calcul du coefficient de frottement est fait à partir des profils semi-logarithmiques de la vitesse moyenne à l'aide de lois de paroi. L'évolution des paramètres des lois de parois étudiées et des paramètres de similitude sont également présentées. Il ressort de cette étude que les lois de paroi et surtout la "hauteur de grain de sable équivalent" peuvent dépendre du gradient de pression et que la détermination du coefficient de frottement à partir de ces lois peut s'avérer difficile.