Etude de la turbulence inhomogène au voisinage d'un tourbillon

Study of the inhomogeneous turbulence near a vortex

• Auteur / Autrice : Catherine Simand
• Direction : Jean-François Pinton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)

Mots clés

Mots clés libres

Turbulence

Inhomogène

Homogène

Tourbillon

Rotation

Equation de Langevin

Intermittence

Résumé

Les écoulements fermés entre deux disques coaxiaux corotatifs créés facilement en laboratoire sont turbulents, à hauts Reynolds, et tourbillonnaires à grande échelle, avec une stabilité contrôlée : nous pouvons donc examiner l'interaction entre la vorticité et la turbulence, sur toute la gamme d'échelles de la cascade d'énergie. A grande échelle, des visualisations à l'aide de bulles, de billes et des mesures de vitesse par vélocimétries laser Doppler et à film chaud, permettent la distinction de deux écoulements moyens. Si les disques tournent à la même vitesse, l'écoulement est en rotation globale, avec un tourbillon axial intense, stable temporellement. Si les disques tournent à des vitesses différentes, le disque le plus rapide aspire le fluide au niveau de l'axe de rotation, et le tourbillon est instable. Les outils habituels d'analyse de la turbulence ont été utilisés, et se révèlent toujours pertinents : les cascades sont multiplicatives, infiniment divisibles, et les noyaux des propagateurs sont pratiquement log-normaux. Qualitativement, tout se passe comme si la turbulence étáit homogène. Néanmoins, les inhomogénéités à grande échelle ont des effets quantitatifs sur les évolutions le long des échelles des spectres de puissance et des fonctions de structure, et modulent la profondeur de la cascade. La rotation globale freine le transfert d'énergie des grandes vers les petites échelles, voire même à l'inverse localement, tandis que la rotation différentielle l'accélère. Une description très récente de la cascade turbulente à l'aide d'une équation de Langevin est appliquée à ces signaux de vitesse et à celui d'un jet servant de référence, typique de la turbulence homogène et isotrope. De nombreux liens avec d'autres modèles de turbulence sont établis, qui dévoilent les limites de celui-ci : le coefficient de diffusion est insuffisant pour rendre compte de l'intermittence des signaux. Ceci est clairement prouvé sur les distributions des incréments de vitesse.