Étude expérimentale et numérique de la transition laminaire-turbulent en écoulement instationnaire

• Auteur / Autrice : Gilles Studer
• Direction : Robert Houdeville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navier-Stokes, Équations de

Ondelettes

Stabilité

Couche limite

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Mots clés libres

Transition

Résumé

L'étude présentée dans ce mémoire concerne l'analyse de la transition laminaire-turbulent en écoulement instationnaire en vue de sa prévision dans les codes de calcul Navier-Stokes. La mise au point d’un critère de transition nécessite dans un premier temps de comprendre le phénomène physique, ensuite de le modéliser pour tenter de le prévoir. C’est dans cette optique que se situent les développements réalisés dans cette thèse. En s’inspirant des études disponibles dans la littérature, nous avons mis au point un dispositif expérimental original capable de reproduire le phénomène de transition en présence de gradients de vitesse temporel et spatial avec différents niveaux d’instationnarité. Deux modes de transition bien distincts ont alors été mis en évidence : la transition découlant d’un processus d’instabilité et la transition provoquée par la convection de la turbulence créée en amont. L’analyse fine de ces phénomènes a été réalisée grâce à l'utilisation de la transformée par ondelettes continue. Dans le cas de la transition par instabilités, les résultats obtenus ont été confrontés avec succès à une modélisation quasi-stationnaire d’amplification des ondes. La validation du scénario d’instabilité par ondes de Tollmien-Schlichting a ouvert la voie vers l’adaptation du critère de prévision e[exposant N] en instationnaire. Un critère analytique de transition instationnaire a aussi été mis au point et confronté aux résultats expérimentaux en approche couche limite et en approche Navier-Stokes dans le code de calcul elsA. Les performances et les limités de ces différentes stratégies sont finalement discutées.