Recovery of fluid mechanical modes in unsteady separated flows

par Vassili Kitsios

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Jean-Paul Bonnet et de Julio Soria Plaza.

Soutenue en 2010

à Poitiers en cotutelle avec Melbourne, Monash University .

  • Titre traduit

    Détermination de modes de mécanique des fluides pour des écoulements instationnaires décollés


  • Résumé

    Cette étude s’intéresse à la détermination de modes pouvant être utilisés en mécanique des fluides pour décrire les propriétés physiques d'écoulements instationnaires décollés. La configuration d'écoulement qui nous intéresse est un profil d'aile NACA 0015 transversalement homogène caractérisé par un décollement laminaire au bord d'attaque et une zone de recirculation turbulente. Comprendre en profondeur la dynamique instationnaire de l'écoulement et ses propriétés de stabilité peut aider à améliorer l'efficacité de futures stratégies de contrôle de décollement. Afin de mieux appréhender la physique, l'écoulement est d’abord simulé puis caractérisé pour plusieurs valeurs du nombre de Reynolds allant jusqu’au régime turbulent. On retrouve alors que les modes obtenus par décomposition orthogonale aux valeurs propres (Proper Orthogonal Decomposition) représentent de manière efficace les échelles instationnaires du mouvement. Par ailleurs, les modes de stabilité linéaire sont recherchés afin d'identifier comment une perturbation évolue dans un environnement instationnaire. La détermination des modes de Proper Orthogonal Decomposition pouvant nécessiter une grande quantité de données, cette étude présente un moyen de les évaluer par calcul parallèle. Pour permettre l'analyse de stabilité, il a fallu développer des programmes permettant de réaliser les calculs pour un écoulement stationnaire bidimensionnel en géométrie semi-complexe. Les corrections nécessaires pour effectuer l'analyse de stabilité dans des écoulements turbulents instationnaires ont aussi été identifiés en utilisant un modèle de viscosité tourbillonnaire non linéaire pour fermer les équations de stabilité en décomposition triple. La détermination de ces modes en mécanique des fluides doit aider le développement futur de modèles réduits nécessaires au contrôle d'écoulement instationnaire décollé.


  • Résumé

    This study is concerned with the recovery of fluid mechanical modes that can be used to describe the physical properties of unsteady separated flows. The flow configuration of interest is a spanwise homogeneous NACA 0015 airfoil with leading edge laminar separation and turbulent recirculation. An in-depth understanding of the unsteady flow dynamics and fluid mechanical stability properties, can assist in the future development of more efficient separation control strategies. In order to provide a richer understanding of the physics, the flow fields are numerically generated, and characterised at various key Reynolds numbers leading up to the target turbulent case. Proper Orthogonal Decomposition modes are recovered to most efficiently represent the unsteady scales of motion, and linear stability modes are sought to identify how a perturbation will evolve in this unsteady environment. The generation of the Proper Orthogonal Decomposition modes can require very large amounts of data, and the current study presents a means of recovering these modes using parallel computation. To enable the stability analysis, a means of performing the calculation in steady two-dimensional flows of semi-complex geometry has been developed. The corrections required to perform the stability analysis in unsteady turbulent flows has also been identified by using a non-linear eddy viscosity model to close the triple decomposition stability equations. It is intended that the means of recovering these fluid mechanical modes can assist in the future development of reduced order models necessary for the control of unsteady separated flows.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXX-259 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 125 réf.

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