Caractérisation d'écoulements de cavités à bords asymétriques : application aux équipements de toiture ferroviaire

par Denis Cornu

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Laurent Keirsbulck, Fethi Aloui et de Franck Kerhervé.

Soutenue le 15-02-2018

à Valenciennes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-....) (laboratoire) et de ComUE Lille Nord de France (Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE)) .


  • Résumé

    Dans le contexte de l’aérodynamique ferroviaire, l’une des problématiques majeures concerne le développement de solutions écologiques permettant le refroidissement d’équipements de toiture et nécessitant le moins de maintenance possible. L’une des voies de recherche potentielles s’appuie sur le refroidissement par convection forcée basée sur le mouvement de fluide extérieur au travers des équipements lors du déplacement du train. Cela nécessite d’avoir des informations sur le comportement dynamique de l’écoulement au voisinage de ces derniers. Ces éléments chauffants sont généralement positionnés de façon proche les uns des autres, pour des considérations d’encombrement, donnant naissance à une succession de cavités profondes à bords non affleurants. Malheureusement ce type d’écoulement de cavité n’est quasiment pas étudié dans la littérature bien qu’il présente de fortes variations par rapport à ses homologues dits “symétriques”. Les écoulements de cavités génèrent également des instationnarités associées à des phénomènes de décollement complexes qui peuvent engendrer divers types de nuisances, comme par exemple du bruit rayonné ou des vibrations de structures. Dans la perspective du contrôle d’écoulement avec pour objectif le refroidissement de certaines zones dites “thermiquement mortes”, nous nous sommes intéressés à la dynamique des écoulements au voisinage des cavités à bords asymétriques, pour ensuite aborder le phénomène d’oscillation hydrodynamique potentiellement induite, en portant une attention particulière aux cas asymétriques. Cette étude a permis de mettre en évidence la persistance de modes propres pour les cas d’asymétrie et également de proposer une adaptation du modèle de Rossiter aux écoulements de cavité profonde asymétrique.


  • Résumé

    In the framework of railway aerodynamics, one of the major problems concerns the development of ecological solutions for cooling roof equipment requiring the least maintenance as possible. One of the potential way of improvement relies on forced convection cooling based on the movement of external fluid through the equipment when the train moves. This requires the knowledge of the dynamic behavior of the flow. These heating elements are generally positioned close to each other for reasons of space, giving rise to a succession of deep cavities with non-flush edges. Unfortunately, this type of cavity flow is almost not studied in the literature although it has strong variations compared to the “symmetrical” cases. Cavity flows also generate instationnarities associated with complex separation phenomena that can generate various types of noises, such as acoustic noise or structural vibrations. In the perspective of flow control in the aim to cool some areas called “thermally dead”, we are interested into the flow dynamics at the vicinity of the cavities with asymmetric edges, and then address the phenomenon of hydrodynamic oscillation potentially induced, with a particular attention to asymmetric cases. This study made it possible to highlight the persistence of modes for asymmetric cases and also to propose an adaptation of the Rossiter model to asymmetric deep cavity flows.



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