Étude et modélisation du phénomène de croissance transitoire pour des couches limites incompressibles et compressibles

Studying and modelling of transient growth phenomenon for incompressible and compressible boundary layers

• Auteur / Autrice : Olivier Vermeersch
• Direction : Daniel Arnal, Alessandro Bottaro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rugosité

Turbulence

Couche limite

Mots clés libres

Transition Bypass

Modes de Klebanoff

Stries

Croissance transitoire

Résumé

La détermination de la position de la transition laminaire/turbulent est un enjeu majeur de l'aérodynamique moderne. De nombreuses expériences ont montré qu'au sein de couches limites soumises à de fortes perturbations extérieures, le scénario classique de transition par ondes de Tollmien-Schlichting n'est plus valide. Dans de telles conditions, les perturbations prennent la forme de modes de Klebanoff plus communément appelés stries. Ces stries peuvent être amplifiées de façon transitoire et déclencher une transition prématurée, dite Bypass, signifiant que la transition naturelle a été court-circuitée. Le problème est qu'à l'heure actuelle, il n'existe pas de modèle permettant de prévoir cette transition Bypass. L'objectif de cette thèse est de proposer un critère de transition lorsque l'étude du mode de Tollmien-Schlichting ne fournit plus de renseignements pertinents. La première étape a consisté à déterminer les caractéristiques des stries les plus amplifiées dans une couche limite bidimensionnelle compressible ; bien que cette approche fournisse des résultats cruciaux, les stries ainsi calculées correspondent à un état optimum qui peut se révéler très éloigné de l'état physique obtenu expérimentalement. L'étape suivante a donc consisté à mettre en place un modèle, s'appuyant sur la théorie des perturbations optimales, permettant de prévoir la transition Bypass au sein de couches limites soumises à un environnement extérieur fortement perturbé. L'application du modèle à des couches limites soumises à une forte turbulence extérieure ou se développant sur des parois rugueuses a fournit des résultats pertinents aux regards des valeurs expérimentales existantes.