Analyse de la cascade d’ ́energie dans une couche limite turbulente

Analysis of energy cascade in wall-bounded turbulent flows

• Auteur / Autrice : Rakesh Yuvaraj
• Direction : Jean-Marc Foucaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 06/07/2021
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides de Lille - Kampé de Fériet - Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille – Kampé de Fériet - UMR 9014 / LMFL
• Jury : Président / Présidente : Luminita Danaila
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : John Christos Vassilicos, Jean-Philippe Laval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent David, Elisabetta De Angelis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Navier-Stokes, Équations de

Vélocimétrie par images de particules

Couche limite turbulente

Turbulence

Reynolds, Nombre de

Mots clés libres

Turbulence

Ecoulement en canal

Ecoulement en couche limite

Transfert d’'energie échelle par échelle

Vélocimétrie par image de particules (PIV)

Nombre de Reynolds

Turbulence

Channel flow

Boundary layer flow,

Scale-by-scale energy transfer

Particle image velocimetry (PIV)

Reynolds number

Résumé

Ce travail consiste à étudier la cascade d’ énergie échelle par échelle dans les écoulements turbulents limités par des parois. L’ équation de Karman-Howarth-Monin-Hill (KHMH)est une équation d’ évolution de δu2, qui est directement liée au contenu énergétique dans l’espace des échelles et intègre différents processus associés aux transferts d’énergie dans l’espace physique et l’espace d’échelle (cascade). Le pic de la moyenne spatio-temporelle du terme cascade se met `a l’ échelle avec la micro- échelle de Taylor modifié dans une région éloignée de la paroi. Le terme de dérivée temporelle modifiée instantanée et le terme de pression sont fortement corrélés avec les deux termes de transfert d’ énergie. Une valeur positive de la moyenne spatio-temporelle du terme de cascade observée au niveau de la zone tampon se déplace vers des échelles plus élevées dans le sens de l’envergure à mesure que la distance à la paroi augmente, ce qui suggère une combinaison de cascade inverse et de tourbillon attaché à la paroi dans la physique de l’ écoulement. L’utilisation d’une expérience de double PIV stéréoscopiques indépendantes a permis de d ébruiter les statistiques, ce qui a aidé à calculer certaines parties des termes de l’équation KHMHdans l’expérience des flux ZPG-TBL, permettant ainsi des mesures près de la paroi à des nombres de Reynolds plus élevés.

This work aims to investigate the scale-by-scale energy cascade in wall-bounded turbulentflows. Karman-Howarth-Monin-Hill (KHMH) equation is an evolution equation of δu2,which is directly linked to energy content in the scale space and incorporates different processes associated with energy transfers in both physical and scale-space (cascade).The peak of the Spatio-temporal average of cascade term scales with the modified Taylor microscale in the region away from the wall. The instantaneous modified time derivative term and pressure term correlates strongly with the two energy transfer terms. A positive value of the Spatio-temporal average of cascade term observed at the buffer layer moves tohigher spanwise scales as the wall distance increases, suggesting a combination of inverse cascade and wall-attached eddy in the physics of the flow. The use of two independent Stereoscopic PIV experiments allowed to denoise the statistics, which helped to compute some parts of KHMH equation terms in the ZPG-TBL flows experiment, thereby enablingmeasurements close to the wall at higher Reynolds numbers.