Dynamique cohérente de mouvements turbulents à grande échelle

Coherent dynamics of large scale turbulent motions

• Auteur / Autrice : Subhandu Rawat
• Direction : Carlo Cossu, François Rincon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance le 10/12/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides de Toulouse (1930-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Turbulence de paroi

Structures cohérentes

Systèmes dynamiques

Periodic orbits

Turbulence

Large-Scale motions

Hydrodynamic stability

Nonlinear dynamic

Résumé

Mon travail de thèse a porté sur la compréhension «systèmes dynamiques de la dynamique à grande échelle dans l’écoulement pleinement développé de cisaillement turbulent. Dans le plan écoulement de Couette, simulation des grandes échelles (LES) est utilisée pour modéliser petits mouvements d’échelle et de ne résoudre mouvements à grande échelle afin de calculer non linéaire ondes progressives (SNT) et orbites périodiques relatives (RPO). Artificiel sur-amortissement a été utilisé pour étancher une gamme croissante de petite échelle motions et prouvent que les motions grande échelle sont auto-entretenue. Les solutions d’onde inférieure branche itinérantes qui se trouvent sur le bassin laminaire turbulent limite sont obtenues pour ces simulation sur-amortie et continue encore dans l’espace de paramètre à des solutions de branche supérieure. Cette approche ne aurait pas été possible si, comme supposé dans certains enquêtes précédentes, les mouvements à grande échelle dans le mur bornées flux de cisaillement sont forcée par un mécanisme fondé sur l’existence de structures actives à plus petite échelle. En flux Poseuille, orbites périodiques relatives à décalage réflexion symétrie sur la limite du bassin laminaire turbulent sont calculés en utilisant DNS. Nous montrons que le RPO trouvé sont connectés à la paire de voyager vague (TW) solution via bifurcation mondiale (noeud-col-période infinie bifurcation). La branche inférieure de cette solution TW évoluer dans un état de l’envergure localisée lorsque le domaine de l’envergure est augmentée. La solution de branche supérieure développe plusieurs stries avec un espacement de l’envergure compatible avec des mouvements à grande échelle en régime turbulent.

My thesis work focused on ‘dynamical systems’ understanding of the large-scale dynamics in fully developed turbulent shear flow. In plane Couette flow, large-eddy simulation (L.E.S) is used to model small scale motions and to only resolve large-scale motions in order to compute nonlinear traveling waves (NTW) and relative periodic orbits (RPO). Artificial over-damping has been used to quench an increasing range of small-scale motions and prove that the motions in large-scale are self-sustained. The lower-branch traveling wave solutions that lie on laminar-turbulent basin boundary are obtained for these over-damped simulation and further continued in parameter space to upper branch solutions. This approach would not have been possible if, as conjectured in some previous investigations, large-scale motions in wall bounded shear flows are forced by mechanism based on the existence of active structures at smaller scales. In Poseuille flow, relative periodic orbits with shift-reflection symmetry on the laminar-turbulent basin boundary are computed using DNS. We show that the found RPO are connected to the pair of traveling wave (TW) solution via global bifurcation (saddle-node-infinite period bifurcation). The lower branch of this TW solution evolve into a spanwise localized state when the spanwise domain is increased. The upper branch solution develops multiple streaks with spanwise spacing consistent with large-scale motions in turbulent regime.