Étude expérimentale d'un écoulement à surface libre au-dessus d'un obstacle

Experimental study of a free-surface flow over an obstacle

• Auteur / Autrice : Franc Vigié
• Direction : Olivier Eiff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vagues

Sillage (dynamique des fluides)

Topologie différentielle

Mesures hydrauliques

Mots clés libres

Écoulements à surface libre

Vélocimétrie par images de particules

Résumé

Ce travail a pour objet l'étude d'un écoulement à surface libre en présence d'un obstacle unique bidimensionnel placé sur le fond d'un canal. L'objectif est de déterminer quel est le rôle de l'obstacle et son influence sur la dynamique de l'écoulement. Deux obstacles, un demi-cylindre et un obstacle de forme gaussienne sont utilisés. Pour ces deux types d'obstacles, des mesures expérimentales de hauteurs d'eau au centre du canal permettent d'obtenir différents profils de surface libre. Ceux-ci sont classés en régimes d'ondes de surface en fonction des paramètres de l'écoulement: le nombre de Froude et le facteur de blocage, qui rapporte la hauteur de l'obstacle à la hauteur d'eau mesurée sans obstacle. L'hydrodynamique au voisinage de l'obstacle est caractérisée à l'aide de mesures de champs de vitesses bidimensionnels. Une analyse de la topologie du champ de vitesse moyen et de la structure turbulente de l'écoulement est conduite et certains mécanismes physiques, contrôlant la forme de la surface libre et la structure locale de l'écoulement, sont mis en évidence.

Free-surface flows over a single two-dimensional obstacle placed on the channel bottom wall are investigated in this work. The main objective is to determine the obstacle role and its influence on the flow dynamics. Two obstacles, a semi-cylinder and a flat gaussian one are used in this work. For both obstacles, free-surface profiles in the channel centerline are performed using water depth measurements. These profiles are classified in surface waves regimes, depending on the flow parameters: the Froude number and the blocking factor, which compares the height and the undisturbed water depth. Hydrodynamic in the obstacle vicinity is characterized with two-dimensional velocity fields measurements. Mean-velocity-field topology and the turbulence structure are analysed. Some of physical mechanisms, which control the free-surface shape and the local structure of the flow are exhibited.