Analyse physique du comportement instationnaire d'un jet turbulent : jet rond soumis à une brusque chute de vitesse à l'éjection

Physical analysis of the unsteady behavior of a turbulent jet : round jet submitted to a large and sudden decrease of its ejection velocity

• Auteur / Autrice : Nidal Atassi
• Direction : Georges Charnay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anémomètres

Air comprimé

Turbulence

Jets

Traitement du signal

Résumé

Notre recherche porte sur l'etude de la reaction d'un jet turbulent axisymetrique a une instationnarite externe forcee imposee par une brusque chute de vitesse a l'ejection. Une installation experimentale de jet d'air axisymetrique a vitesse d'ejection variable (re=13350, 7000) a ete realisee. Les mesures sont obtenues par anemometrie a fils chauds. Un travail important de traitement numerique des donnees en regime instationnaire et des qualifications fines de l'aerodynamique de l'installation ont ete effectuees. Une introduction a la problematique du sujet nous permet de preciser les differents types d'interaction entre l'ecoulement et l'instationnarite externe. Leurs consequences sur les caracteristiques globales et sur les structures turbulentes sont discutees. Une analyse par ordre de grandeur conduit a une classification des phenomenes d'interaction. L'instationnarite initiale balaie l'ecoulement du jet tout en etant geree par lui-meme. L'adaptation locale de l'echelle de temps de la decroissance de la vitesse a l'echelle de temps du jet est mise en evidence. La reaction des structures turbulentes est etudiee d'une facon detaillee. Ensuite, la caracterisation de l'evolution instationnaire du champ de vitesse sur l'axe du jet est presentee. La propagation de la perturbation, sa forme et son temps caracteristique sont en bon accord avec les resultats d'un modele analytique base sur les equations simplifiees de couche limite. Les evolutions temporelles affines et synchronisees de la vitesse moyenne et des composantes fluctuantes de vitesse ont ete mises en evidence. Une inversion locale du signe de gradient longitudinal de la vitesse moyenne axiale lors de la chute, cree un desequilibre de la turbulence menant a une inversion de la cascade d'energie. L'evolution instationnaire transversale montre une augmentation de diametre du jet d'environ 20 % pendant la chute de vitesse. Ceci peut-etre du a un effet de sillage et un effet de retard de l'activite des grandes structures gerant l'entrainement du jet. Enfin, un bilan de quantite de mouvement dans la zone affectee par l'instationnarite est effectue. L'evolution temporelle du bilan d'energie cinetique et des termes de production des equations des tensions de reynolds sont presentes. Ce travail centre sur l'analyse fine d'un ecoulement modele instationnaire nous permet d'une part d'acquerir une meilleure comprehension physique des interactions entre un ecoulement du jet et une forte instationnarite externe imposee et d'autre part de fournir une base detaillee de comparaison pour les simulations numeriques