Contrôle d'écoulement interne au moyen d'actionneur ElectroHydroDynamique

Flow control using ElectroHydroDynamic actuators in a dielectric liquid

• Auteur / Autrice : Clément Gouriou
• Direction : Christophe Louste, Nicolas Bénard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides et génie électrique
• Date : Soutenance le 15/12/2017
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Hubert Romat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Louste, Éric Moreau, Jean-Luc Reboud, Laurent Berquez, Michel Daaboul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annie Leroy, Pedro Ángel Vázquez González

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie par images de particules

Électroconvection

Actionneurs

Couche limite -- Contrôle

Électrofluidodynamique

Mots clés libres

Actionneur EHD

Contrôle d'écoulement

Particle image velocimetry (PIV)

Particule d'ensemencement

Injection de charge

Injection à barrière diélectrique (IBD)

EHD actuator

Flow control

Particle image velocimetry (PIV)

Seeding particle

Ion-Drag injection

Injection barrier discharge (IBD)

Résumé

Ce travail présente les résultats de recherches sur le contrôle d'écoulement dans les liquides diélectriques. L'objectif est d'étudier les potentialités du contrôle d'écoulement au moyen d'actionneurs ElectroHydroDynamiques. La 1re partie de cette thèse est notamment consacrée à l'étude bibliographique générale du contrôle d'écoulement et des techniques disponibles pour la mesure de vitesse de fluide. La méthode PIV est choisie pour caractériser l'écoulement de panache chargé. Cependant la présence d'un champ électrique intense dans un liquide diélectrique remet potentiellement en question l'hypothèse selon laquelle les traceurs suivent fidèlement les mouvements du liquide. Des études théorique et expérimentale permettent de préciser les conditions d'un traceur idéal et de choisir le meilleur type d'ensemencement pour l'huile de silicone. La 2nde partie de ce travail est consacrée à l'étude du contrôle d'écoulement sur un profil d'aile NACA0015 à ultra-bas Reynolds (Re < 5000). Une étude bibliographique présente les stratégies de contrôle d'écoulement autour de profil d'aile ainsi que les types d'actionneurs EHD appliqués aux liquides diélectriques. L'écoulement naturel en champ de vitesse moyen puis instationnaire est caractérisé et comparé à l'écoulement contrôlé. Le calcul de la force à partir d'un bilan de quantité de mouvement (Navier-Stokes), permet d'estimer les efforts hydrodynamiques appliqués par le fluide sur le profil immergé. Des polaires de portance et de traînée sont obtenues et permettent de quantifier l'efficacité de l'actionneur EHD. Enfin, les mécanismes de contrôle sont précisés et mettent en lumière les potentiels et les limites de l'actionneur.

This work presents results of research on flow control in a dielectric liquid. The aim is to demonstrate our ability to control flow by means of ElectroHydroDynamic actuation. The first part of this PhD thesis is dedicated to a general overview of flow control and the methods available for measuring fluid velocity. The PIV method is selected to charaterize the flow of a charged plume. However, the presence of a high electric field in the dielectric liquid might bring into question the validity of using PIV, which is based on the fact that tracers accurately follow fluid movement. Theoretical and experimental studies were performed to find the proper conditions for using an ideal tracer that guarantees the accuracy of velocity measurements. This part enables us to choose the best seeding particle in silicone oil. The second part of this work is devoted to the study of flow control on a NACA0015 wing profile at ultra-low Reynolds numbers (Re < 5000). A bibliographic study presents strategies of flow control around wing profiles and in addition deals with different EHD actuators for dielectric liquids. Mean velocity fields and unsteady velocity fields of baseline flow are characterized and compared to controlled flow. The calculation of force based on the conservation of momentum (Navier-Stokes equations) enables us to estimate the hydrodynamic stresses applied by the fluid to the immersed profile. Lift and drag polarities are obtained to quantify the efficiency of the EHD actuator. Finally, the mechanisms of control are clarified and highlight the potential and limits of the EHD actuator for flow control applications.