Étude numérique et expérimentale des écoulements autour d'un profil flexible, incluant le régime cavitant

Experimental and numerical study of several flows around a flexible hydrofoil, including cavitating conditions

• Auteur / Autrice : Paolo Perali
• Direction : Michel Visonneau, Jacques-André Astolfi, Alban Leroyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Éric Goncalves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Marianna Braza, Olivier Coutier-Delgosha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Goncalves, Mohamed Farhat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Cavitation

Simulation par ordinateur

Interaction fluide-structure

Mots clés libres

Interaction fluide-structure

Cavitation

Expérimental

Approche modale

Fluid-structure interaction

Cavitation

Experimental

Modal approach

Résumé

Cette thèse vise à étudier l’interaction fluide-structure d’un NACA 0015 flexible et homogène, pour différentes conditions d’écoulement incluant des régimes cavitants. Le travail de recherche s’appuie sur une approche expérimentale et numérique, profitant des moyens d’essais du tunnel de cavitation de l’IRENav et du code numérique ISIS-CFD développé au LHEEA. L’étudeexpérimentale présente des mesures de télémétrie, de vibrométrie et de PIV, permettant de confronter les prédictions de l’outil numérique aux essais. L’approche numérique repose sur un couplage fort entre un solveur fluide URANS et une décomposition modale des déformations de la structure. Les expériences montrent que les effets de masse et raideur ajoutées influencent les fréquences et amplitudes de vibrations du profil en écoulement cavitant, notamment pour des régimes avec détachement de nuage de vapeur pour lesquels existe un phénomène d’accrochage fréquentiel. Lorsque la réponse hydrodynamique du profil est dominée par ladynamique des poches de cavitation, le modèle numérique employé permet bien de retrouver les fréquences et amplitudes de vibration du profil.

This thesis aims to study the fluidstructure interaction of a flexible and homogeneous NACA 0015, for different flow conditions including cavitating conditions. The research work is based on an experimental and numerical approach, taking advantage of the IRENav cavitation tunnel test facilities and the ISIS-CFD CFD code developed at LHEEA. The experimental study presents telemetry, vibrometry and PIV measurements, allowing the validation of the CFD predictions. The numerical approach is based on a strong coupling betweenan URANS solver and a modal decomposition of the structure problem. The experiments show that the effects of added mass and stiffness influence the frequencies and amplitudes of vibrations of the profile in cavitating flow, especially for cloud cavitation conditions where frequency locking phenomenon might appear. When the hydroelastic response of the foil is imposed by the dynamics of the cavitation, the numericalmodel is able to predict the frequencies and the amplitudes of the vibrations.