Écoulements turbulents pulsés en présence d'un gradient de pression adverse

Pulsed turbulent flows subjected to adverse pressure gradients

• Auteur / Autrice : Jaroslav Sarboch
• Direction : Michel Favre-Marinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et transferts
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Des mesures de vitesse et de frottement pariétal ainsi que de leurs fluctuations turbulentes ont été effectuées dans des écoulements turbulents périodiques soumis à des gradients de pression adverses dans un diffuseur conique (soufflerie à air) et en divergent plan (canal à eau). Les techniques expérimentales utilisées comprennent : l'anémométrie à fil et à film chaud (sonde en x, film pariétal), vélocimétrie par images de particules et par laser-doppler. La méthode des moyennes de phase a été appliquée pour séparer les composantes moyennes, oscillantes et turbulentes des différentes grandeurs. L'influence de trois gradients de pression différents (paramètre de clauser 1,2 ; 4,9 ; 8,1) a été étudiée. La période des oscillations imposées dans le diffuseur conique était 0,9s et les amplitudes étaient 0,4 fois la vitesse sur l'axe à l'entrée. Deux périodes, (8s et 48s) ont été imposées dans le canal divergent à une amplitude de 0,4. Les mesures du frottement pariétal ont été effectuées pour trois amplitudes (0,1 ; 0,2 ; 0,4) et six périodes (t en s : 4 ; 8 ; 16 ; 32 ; 48 ; 64). Les moyennes temporelles des diverses grandeurs, à l'exception du frottement pariétal, ne sont que peu affectés par les oscillations imposées quelles que soient leur période et leur amplitude. A faible fréquence imposée, l'écoulement oscillant est fortement influencé par la turbulence alors qu'à la fréquence supérieure, il ne diffère que peu de l'écoulement visqueux de stokes. A la fréquence supérieure, les modulations des intensités turbulentes des vitesses longitudinale et transversale et de la contrainte turbulente de cisaillement deviennent plus faibles près de la paroi. Ces mesures ne révèlent pas d'influence significative de l'amplitude imposée. Dans ces cas de gradients de pression adverse, l'activité turbulente est renforçée par rapport à celle qui est observée dans un canal plan parallèle, mais les changements ne sont pas très importants.

Velocity and wall shear stress measurements in periodic turbulent flows with adverse pressure gradients in a conical diffuser (air tunnel) and in a diverging 2d channel (water tunnel) with a total divergence angle of 6ʿ are reported. The measurement techniques used include: hot-wire/film anemometry (x-probe, wall film), particle image and laser-doppler velocimetry. The method of phase-averaging was used to separate the time-mean, oscillating and turbulent components of the various quantities. The influence of three different pressure gradients (clauser parameter 1,2; 4,9; 8,1) have been investigated. The imposed oscillation period in the conical diffuser flow was 0,9s and the amplitudes were 0,1 and 0,4 times the inlet centerline velocity. Two periods, 8s and 48s were imposed to the flow in the diverging water channel (amplitude 0,4). The wall shear stress measurements were made for three amplitudes (0,1; 0,2; 0,4) and six periods (t in s: 4; 8; 16; 32; 48; 64). The time-mean quantities, except the mean wall shear stress, are only slightly affected by the imposed oscillations whatever their period and amplitude. At long periods, the oscillating flow is strongly influenced by the turbulence whereas at short period, it differs little from the viscous oscillating stokes flow. The modulations of the streamwise and cross-stream turbulent intensities and of the reynolds shear stress become weaker near the wall at the higher frequency. No significant influence of imposed amplitude was detected. In these cases of adverse pressure gradient, the turbulent activity is enhanced with respect to that observed in parallel channel flow, but the changes are not dramatic.