Analyse de l'interaction entre un sillage tridimensionnel et une paroi : détection de structures cohérentes responsables de fluctuations de pression pariétale

Analysis of the interaction between a three-dimensional wake and a wall, detection of coherent wake structures responsible for wall pressure fluctuations

• Auteur / Autrice : Tony Ruiz
• Direction : Jacques Borée, Yves Gervais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures optiques

Interaction fluide-structure

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Aérodynamique

Résumé

En aérodynamique automobile, les écoulements sont caractérisés par des structures fortement décollées, tridimensionnelles et instationnaires qui sont à l'origine de la trainée du véhicule et de la génération de bruit. Une configuration modèle générique de cette aérodynamique a été proposée. On étudie de manière expérimentale l'interaction du sillage tridimensionnel d'un disque de diamètre D placé à une distance H d'une paroi. Sur la base de cet écoulement, l'objectif est de développer une analyse instationnaire des structures de l'écoulement et de leur couplage avec la pression fluctuante. On a mis en œuvre pour cela des moyens d'essais modernes tels que la mesure synchronisée pression/vitesse ou la mesure HS-PIV (High Speed - PIV) et développé des moyens d'analyse (analyse corrélatoire, outils lagrangien FTLE, moyenne conditionnelle et estimation stochastique). Pour H/D=0. 75, le battement du sillage associé au lâcher tourbillonnaire est mis en évidence. Les moyennes de phase, déterminées à l'aide d'une analyse POD du signal de pression, associent le déplacement vertical du sillage au lâcher de structures cohérentes dans le plan de symétrie. L'utilisation de l'estimation stochastique de type spatio-temporelle, dont la supériorité par rapport à l'approche spatiale a été démontrée, a permis de montrer que les structures cohérentes sont reliées de manière linéaire aux fluctuations de pression. Pour H/D=0. 3, l'interaction du sillage du disque avec la paroi a considérablement changé. Dans la zone proche du point de décollement, il a été montré à l'aide de l'outil lagrangien FTLE que la fréquence dominante de 30Hz sur les DSP de pression est associée aux fluctuations du point de décollement.

In automotive aerodynamic, the flow is characterized by strongly separated, three-dimensional and unsteady structures responsible for the drag of the vehicle and for noise generation. A model configuration has been proposed to study this aerodynamic. The three-dimensional wake of a disk of diameter D placed at a distance H of a wall is experimentally studied. The objective is to develop an unsteady analysis of the coherent structures of the flow and to understand their coupling with the fluctuating pressure. As a consequence, sophisticated experiments such as synchronized pressure/velocity measurements or HS-PIV (High Speed - PIV) measurements have been used, and complex analyzing tools (correlation analysis, Lagrangian flow approach, phase averaging, stochastic estimation) have been developed. For H/D=0. 75, the wake flapping associated with vortex shedding exists. Phase average velocity fields, calculated with a POD analysis of the wall pressure signature, explain the link between the wake motion and the shedding of coherent wake structures. The use of spatio-temporal stochastic estimation, whose superiority compared to the spatial approach has been shown, allow us to prove that coherent structures are linked linearly with the wall pressure. For H/D=0. 3, the wake/wall interaction is modified. Close to the separation point, Lagrangian analyzing tool demonstrates that the dominating frequency of 30Hz in the pressure DSP is associated with the fluctuations of the separation point.