Etude expérimentale paramétrique des propriétés et transitions de l'écoulement intra-cavitaire en cavité ouverte et contrôle de l'écoulement

Experimental parametric study of properties and transitions of the flow inside an open cavity and control of the flow

• Auteur / Autrice : Christelle Douay
• Direction : Thierry Faure, Luc Pastur, François Lusseyran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 04/06/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillermo Artana, Javier Burguete, Innocent Mutabazi, Ivan Delbende

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Théorie de Ginzburg-Landau

Mots clés libres

Cavité ouverte

Étude expérimentale

Structures intra-cavitaires

Équations d'amplitude

Instabilité

Contrôle

Open cavity flow

Taylor-Görtler vortices

Résumé

Ce travail porte sur la caractérisation de la dynamique intra-cavitaire en cavité ouverte, dont il existe peu d'études expérimentales, ainsi que sur le contrôle de cet écoulement. Nous avons réalisé une étude paramétrique des régimes primaire et secondaire de l'écoulement dans lesquels des structures de type Taylor-Görtler apparaissent. Nous avons identifié les seuils de bifurcation et montré leur nature systématiquement supercritique. Nous avons également montré que différentes familles de modes propagatifs ou stationnaires pouvaient être sélectionnées en fonction de la géométrie de la cavité. Cela a confirmé des prédictions réalisées dans des analyses de stabilité linéaire de l'écoulement de base. Nous avons montré que le régime secondaire résulte de la superposition d'ondes propagatives gauche et droite. Une tentative d'identification des coefficients des équations complexes couplées de Ginzburg-Landau décrivant cette dynamique a été conduite mais la sensibilité des coefficients à de multiples paramètres n'a pas permis d'obtenir des coefficients physiquement acceptables. Un forçage des oscillations de la couche cisaillée a été entrepris à l'aide d'un actionneur plasma froid à décharge à barrière diélectrique placé en amont de la cavité. L'analyse de la réponse de l'écoulement à un forçage périodique d'amplitude variable a permis d'identifier des plages d'accrochage en fréquence. Enfin, nous avons réalisé un contrôle en boucle fermée des oscillations de la couche cisaillée à l'aide d'une loi de contrôle à retard proposée par Pyragas dans le cadre des systèmes dynamiques chaotiques.

This work is devoted to the characterization of the dynamic inside an open cavity flow, for which few experimental studies exist. A control of the flow has been also investigated. We have performed a parametric study of the first and second regime of the flow for which Taylor-Görtler vortices type appear. Bifurcation thresholds have been identified and their systematic supercritical nature has been highlighted. We have also showed that different family of propagating or stationary modes can be selected depending on the geometry of the cavity. This has confirmed predictions obtained by linear stability analysis of the base flow in the literature. We have showed that the second regime results from the superposition of left and right propagating waves. We attended to identify coefficients of the complex coupled Ginzburg-Landau equations that describe the dynamics but the values of the coefficients are sensitive to multiple parameters. A control of oscillations of the shear layer has been achieved by the mean of a plasma actuator with dielectric barrier discharge located upstream of the cavity. Locked regimes have been identified by the analysis of the flow response to a periodic perturbation with different amplitude. Finally, we have performed a closed loop control of the oscillations of the shear layer using a delay feedback control law proposed by Pyragas in the context of chaotic dynamical systems.