Modélisation hybride RANS/LES d'écoulements massivement décollés en régime turbulent

Hybrid RANS/LES modeling of the massively detached flows in the turbulent regime

• Auteur / Autrice : Thanh Tung Tran
• Direction : Jacques Borée, Rodolphe Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Processus stochastiques

Pression

Tourbillons (mécanique des fluides)

Résumé

Cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet ANR DIB, vise à la simulation par méthode hybride (DDES) de l'écoulement turbulent autour d'une plaque épaisse (Re = 80000), à une confrontation détaillée du mouvement instationnaire prédit avec une base de données expérimentale, et à l'étude des mécanismes à l'origine des fluctuations de pression à la paroi. L'écoulement présente successivement un fort décollement associé à l^acher tourbillonnaire en forte interaction avec la paroi, un recollement moyen puis un lent rétablissement vers une couche limite développée. L'attention est portée sur la région en aval du recollement. Les caractéristiques moyennes et instationnaires de l'écoulement sont étudiées au moyen d'outils statistiques classiques, ainsi que d'analyses de type moyenne conditionnelle, POD, LSE et Extended POD, dans leur version multi-temps. Un bon accord calcul/expérience est obtenu, et l'évolution des structures de grande échelle en aval du recollement est bien reproduite par la simulation. L'analyse est ensuite prolongée, notamment en ce qui concerne la tridimensionnalité de l'écoulement, ainsi que l'étude des différentes contributions à la pression pariétale fluctuante (termes source linéaire et non linéaire). Les analyses de type LSE basées sur la pression mettent en évidence des structures de type rouleaux portant une faible énergie, alors qu'on obtient des structures de type "hairpin" quand celles-ci sont basées sur la vitesse. Un résultat important de l'étude des termes contribuant à la pression est la dominance du terme non-linéaire, qui explique la faible énergie portée par les structures estimées à partir de la pression par des outils linéaires.

This thesis, which is in the context of the ANR DIB project, aims at : a hybrid method (DDES) of the turbulent ow modeling around a thick plate (Re = 80000), a detailed comparison about the unsteady motion between this simulation and the experimental database, and a studying of the mechanisms of the pressure uctuation generation on the wall. The flow has successively a strong detachment associated with the vortex shedding which interacts intensively with the wall, a mean reattachment and then a slow recovery to a developed boundary layer. We are interested in the downstream region of the reattachment. The mean and unsteady characteristics are studied not only by the classical tools of statistics but also by the conditional average, the POD, the LSE and the Extended POD in their multi-time approach. A good agreement between the modeling and the experiment is obtained, and the simulation reproduces well the evolution of the large-scale vortex structures at the downstream of the mean reattachment. This analysis is extended to explore the ow three-dimensionality, and then we study the different contributions to the uctuating wall pressure (linear and nonlinear source terms). The analysis by the LSE based on the wall pressure shows the quasi 2D vortex rolls of low energy, whereas the hairpin vortices are observed by the one based on the velocity. A great result about the contribution to the wall pressure is that an important contribution comes from the nonlinear term, which explains the low energy carried by the structures estimated from the wall pressure by the linear tools.