Comment les conditions initiales affectent-elles la transition turbulente du mélange induit par l’instabilité de Richtmyer-Meshkov ?

How do initial conditions affect the turbulent transition of the mixing induced by the Richtmyer-Meshkov instability ?

• Auteur / Autrice : Marta Rasteiro Dos Santos
• Direction : Laurent Joly, Yannick Bury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance le 21/06/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département aérodynamique, énergétique et propulsion
• Jury : Président / Présidente : Serge Simoëns
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Joly, Yannick Bury, Georges Jourdan, Jeffrey W. Jacobs, Tiffany Desjardins, Jérôme Griffond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Jourdan, Jeffrey W. Jacobs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tubes à choc

Tourbillons (mécanique des fluides)

Turbulence

Mots clés libres

Instabilité de Richtmyer-Meshkov

Mélange turbulent

Tourbillons

Tube à choc

Richtmyer-Meshkov instability

Turbulent mixing

Vortex dynamics

Shock tube

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'effet des conditions initiales sur le processus de transition vers un état turbulent du mélange induit par l'instabilité de Richtmyer-Meshkov. L'originalité de ce travail réside dans la méthode utilisée pour générer ces conditions initiales, basée sur un système permettant la rotation rapide et couplée de plaques planes à l'interface entre deux fluides au repos. Compte tenu de la nouveauté du concept, la première partie de ce travail est consacrée à la caractérisation numérique des conditions initiales. Les résultats indiquent que deux familles d'interface peuvent être obtenues, distingués par la présence d'une ou deux échelles caractéristiques. Le mélange gazeux issu de ces deux types de conditions initiales est ensuite étudié dans le tube à choc de l'ISAE-SUPAERO, à l'aide de méthodes de mesures optiques telles que la visualisation strioscopique résolue en temps et la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). Les résultats expérimentaux révèlent que le développement de la zone de mélange induite est affecté par la forme de la condition initiale. Le calcul des critères de transition turbulente suggère que le début de la transition peut également être affecté par le caractère des conditions initiales, avant même que le mélange gazeux ne subisse l'impact de l'onde de choc réfléchie (reshock).

The aim of this PhD thesis is to study the effect of initial conditions on the turbulent transition of the mixing induced by the Richtmyer-Meshkov instability. The originality of this work lies on the method used to generate these initial conditions, based on a device that performs a fast and coupled rotation of flat plates between two still gases. Considering the novelty of the concept, the first part of this work is devoted to the numerical characterisation of initial conditions. Results indicate that two types of initial interfaces can be obtained, distinguished by the presence of one or two characteristic scales. The mixing region arising from these two conditions is then studied at ISAE-SUPAERO shock tube, using optical measurement techniques such as time-resolved Schlieren Photography and Particle Image Velocimetry (PIV). Experimental results reveal that the development of the induced mixing region is affected by the shape of the initial condition. The computation of turbulent transition criteria suggests that the beginning of transition may also be affected by the type of initial conditions, even after the impact of the reflected shock wave on the induced mixing region (reshock).