Influence of confinement on the spatio-temporal development of wakes

• Auteur / Autrice : Luca Biancofiore
• Direction : François Gallaire, Richard Pasquetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Confinement

Turbulence de sillage

Sillage (dynamique des fluides)

Résumé

L’objet de ce travail est l’étude de la stabilité de sillages et, en particulier, de l’influence du confinement sur leurs propriétés de stabilité. Différentes analyses sont effectuées pour parvenir à ce but. Une analyse locale, sous la condition WKBJ, est effectuée en premier lieu, en utilisant comme modèle une famille de sillages non visqueux et confinés en présence ou pas d’une tension de surface aux interfaces. Le développement temporel ainsi que spatio-temporel de tels écoulements sont examinés et commentés. En particulier, on s’intéresse à l’effet déstabilisant d’un confinement modéré sur le développement d’un sillage. Cet aspect est aussi étudié en utilisant la perspective des ondes Rossby contra-propagatives (CRW). L’influence du confinement sur des sillages non parallèles et visqueux est également examinée par des simulations numériques directes (DNS). En fixant le nombre de Reynolds à Re = 100, l’effet déstabilisant pour un confinement modéré est confirmé avec aux parois des conditions de glissement ou bien d’adhérence. En augmentant le nombre de Reynolds à Re = 500, des phénomènes plus complexes ont été observés, sous la forme d’un front vacillant. En outre, avec des simulations des grandes échelles (LES) , on examine l’effet du confinement sur des sillages turbulents à Re = 5000. L’étude de plusieurs quantités, comme l’énergie cinétique turbulente, son taux de dissipation, des spectres de vitesse et la fonction de structure de troisième ordre, a mis en évidence que le confinement favorise le développement de la turbulence 3D.

This thesis focuses on the stability of wake flows, especially on the influence of confinement on their stability properties. Several analyses are conducted to this end. At first, a local stability analysis under the WKBJ approach is carried out on a family of inviscid confined jet/wakes flows with or without surface tension at interfaces. Both temporal and spatio-temporal behaviours of such flows are examined and commented. We are particularly interested in the destabilizing effect due to the blockage noticed for wake flows at medium confinement. This aspect is also investigated by means of the counter propagating Rossby waves (CRW) perspective. Furthermore, the influence of confinement on non-parallel viscous wakes is examined by means of direct numerical simulations (DNS). It turns out that when prescribing the Reynolds number to Re = 100 the destabilizing influence at medium confinement is confirmed either with free slip of not slip conditions at the walls. Increasing Re up to 500, more subtle destabilizing phenomena are encountered, under the form of a vacillating front. By means of large-eddy simulations (LES), we further examine the effect of confinement on turbulent wake flows for Re = 5000. Examing several quantities as turbulent kinetic energy, dissipation rate, one-dimensional spectrum and third order velocity structure function, we conclude that the confinement favours the development of fully 3D turbulence.