Thèse soutenue

Dynamique souscritique et supercritique d’un écoulement incompressible autourd’éléments de micro-rugosité

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Auteur / Autrice : Michele Alessandro Bucci
Direction : Jean-Christophe RobinetStefania Cherubini
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie énergétique
Date : Soutenance le 04/12/2017
Etablissement(s) : Paris, ENSAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Dynamique des Fluides (Paris) - Laboratoire de Dynamique des Fluides
Jury : Président / Présidente : José Eduardo Wesfreid
Examinateurs / Examinatrices : Stefania Cherubini, Ulrich Rist, Estelle Piot, Jean-Christophe Loiseau
Rapporteurs / Rapporteuses : Dan S. Henningson, Denis Sipp

Résumé

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Cette thèse vise à mettre en évidence les limites du contrôle passif en utilisant des éléments de rugosité miniaturisés. La topologie des écoulements induite par la présence d’une rugosité cylindrique et des générateurs de tourbillons miniaturisés a été étudiée pour analyser la dynamique pour des temps court et long. Différentes bifurcations supercritiques ont été examinées au moyen d’une analyse de stabilité globale. La bifurcation souscritique est déclenchée par des mécanismes de croissance transitoire de l'énergie ou par la réceptivité de modes globaux stables. Des structures deforçage optimal 3D sont extraites pour comprendre la distribution spatiale liée à la fréquence de résonance du système. La simulation numérique directe perturbée révèle le rôle central du mode global le moins stable dans les instationnarités non-linéaires observées. Une analyse détaillée des structures tourbillonnaires montre qu’elles sont principalement liées aux mécanismes linéaires sous-jacents. La principale caractéristique globale du mode propre est liée à la présence d’une zone de séparation en aval de la rugosité cylindrique. En utilisant des générateurs de tourbillon miniaturisés, cette zone de séparation est fortement diminuée et aucun mode global isolé est alors présent. La dynamique de l’écoulement se révèle être conduit non seulement par le nombre de Reynolds de rugosité et par son rapport d'aspect géométrique, mais aussi par le rapport entre la hauteur de la rugosité et l’epaisseur de couche limite.