Thèse soutenue

Dynamique nonlinéaire et stabilité linéaire d'une tuyère sur-détendue
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Auteur / Autrice : Cosimo Tarsia morisco
Direction : Jean-Christophe RobinetJean-Christophe Loiseau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie énergétique
Date : Soutenance le 10/12/2020
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Dynamique des Fluides (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des arts et métiers (Paris)
Jury : Président / Présidente : Abdellah Hadjadj
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Robinet, Jean-Christophe Loiseau, Sébastien Deck, Lutz Lesshafft, Vincent Jaunet
Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Deck, Lutz Lesshafft

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les interactions onde de choc/couche limite à l'intérieur de tuyères sur-détendues produisent des grandes régions détachées entraînant des forces non-axisymétriques appelées charges latérales. Le mécanisme générateur (mettant en jeu le décollement, les couches de cisaillement et les disques de Mach) est auto-entretenu avec des échelles de temps et d'espace relativement bien séparées de celles de la turbulence. Dans de tels cas, une approche partiellement résolue pour la turbulence (e.g. DDES) est envisageable afin de réduire les coûts de calcul. Cette thèse vise à étudier la nature potentiellement globalement instable de cette instationarité a l'aide de simulations numériques hybrides dans le cas d'une tuyère sur-détendue et par une analyse de stabilité linéaire 3D. La géométrie considérée est une tuyère TIC, en régime free shock séparation (FSS) et fonctionnant à 3 différents nombres de Mach de jet Mj = [1.83, 2.09, 2.27]. Les calculs non linéaires confirment les résultats expérimentaux : la densité spectral d'énergie des perturbations de pression proche paroi est repartie sur 2 pics à fréquence intermédiaire (St = 0.2 − 0.3) et deux bosses a basse et haute fréquence, respectivement à St < 1 et St _ 1. Pour un Mach de jet Mj = 1.83, l'énergie aux fréquences St = 0.2 et St = 0.3 sont comparables. A Mj = 2.09, le pic d'énergie à St = 0.2 domine tandis que les deux finissent par disparaître pour un Mach de jet Mj = 2.27. Une PSD calculée pour différentes composantes azimutales de la perturbation de la pression proche paroi montre une claire séparation azimutale pour toutes les contributions fréquentielles. En particulier, alors que le pic à St = 0.3 a une double contribution m = 2−3 a Mj = 1.83et il est exclusivement de type m = 2 à Mj = 2.09. Le pic à St = 0.2 a, quant à lui, une symétrie m = 1, avec une signature persistante à l'intérieur de la tuyère à Mj = 2.09. Dans un second temps, une analyse de stabilité globale est exécutée autour du champ moyen DDES à Mj = 2.09. Une telle analyse donne un mode instable à St = 0.2 avec une symétrie azimutale de type m = 1. Ce mode se développe à partir du point de décollement et se localise au niveau de la couche de cisaillement externe.