Etude numérique de la chute libre d'objets axisymétriques dans un fluide newtonien

Numerical study of axisymetric-bodies freely falling in Newtonian fluids

• Auteur / Autrice : Marcin Chrust
• Direction : Jan Dusek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 20/09/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides et des solides (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Eric Climent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Markus Uhlmann, Jean-Pierre Brancher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Magnaudet, Thomas Leweke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence de sillage

Fluides newtoniens

Dynamique des corps rigides

Mots clés libres

Chute libre

Transition au chaos

Régimes transitionnelles

Bifurcation

Instabilité du sillage

Free fall

Transition to chaos

Wake instability

Transitional regimes

Bifurcation

Résumé

La mémoire présente une étude numérique des trajectoires non-verticales d’objets en chute ou en ascension libre dans un fluide newtonien initialement au repos. Une méthode numérique originale combinant une discrétisation spatiale spectrale et la décomposition du domaine a été implémentée à cet effet. Le code obtenu a été exploité pour apporter de nouvelles connaissances sur des objets fixes et objets libres. Pour les objet fixes, ellipsoïdes et cylindres, l’étude très complète des divers états de la transition a permis d’établir un lien entre le scénario de transition de la sphère et du disque infiniment mince. La simulation numérique d’objets libres a apporté des résultats très complets sur la chute de disques minces et de cylindres de faible épaisseur. Plusieurs questions soulevées dans les travaux précédents ont trouvés des réponses claires. Une étude paramétrique exhaustive, jamais abordée précédemment, portant sur des ellipsoïdes est décrite dans le dernier chapitre du mémoire.

The manuscript presents a numerical study of non-vertical trajectories of bodies fallingor rising freely in a Newtonian fluid initially at rest. The original numerical methodcombining a spectral spatial discretization and the decomposition of the domain wasimplemented. The developed code was used to study fixed and freely moving objects. Forthe fixed bodies, spheroids and cylinders, a very complete study of various transitionalregimes was carried out and established a link between the transition scenario of a sphereand of a disc. The numerical simulation of free bodies brought about the results onpath instabilities of discs and cylinders of small thickness. Several questions raised inprevious studies were clearly answered. An exhaustive parametric study, that has never beentaken up before, of freely moving spheroids is described in the last chapter of the manuscript.