Dissertations / Theses on the topic 'Bifurcation turbulente'

Un faisceau laser est focalisé sur la face d'entrée d'une cuve transparente remplie d'un liquide absorbant. Une lentille thermique est formée; les oscillations de la lentille sont la manifestation visible d'oscillations hydrodynamiques du liquide dans la cuve. Le système présente un comportement de transition laminaire turbulente, un certain nombre de bifurcations ayant été observées. Analyse spectrale du signal temporel

Le sujet est lié à l'interaction entre une onde acoustique et une surface fluide instable. Un processus d'auto-entretien peut se créer dans une cavité, aboutissant à la génération de bruits auto-entretenus, qui peuvent être intenses. L’objectif est la réduction des bruits de ce type créés par les écoulements. Le processus peut, qualitativement, être décrit en termes simples: un premier obstacle engendre un détachement de tourbillons. Ceux-ci, en venant frapper un deuxième obstacle à l'aval, engendrent des ondes acoustiques qui remontent l'écoulement. Ces ondes peuvent alors commander le détachement tourbillonnaire amont: une énergie, et donc une nuisance sonore considérable peut alors être engendrée par ce phénomène d'auto-entretien. La réduction de bruit est classiquement traitée, aux basses fréquences par des méthodes de contrôle actif, aux fréquences plus élevées par des méthodes passives (matériaux absorbants par exemple). Nous proposons une méthode alternative nouvelle qui utilise les propriétés aérodynamiques d'écoulements auxiliaires venant inhiber le processus de bouclage aéroacoustique. Le résultat le plus remarquable est la mise en évidence expérimentale d'un chemin stable d'une bifurcation turbulente qui a la propriété de réduire le niveau sonore des bruits auto entretenus dans un écoulement. Des modifications géométriques mineures et localisées sont utilisées, sans mettre en cause la fonction principale de l'installation. Les secteurs d'application concernés relèvent aussi bien du domaine du transport, des machines industrielles, que du domaine des faibles vitesses dans les ambiances habitables.

Les equations de navier-stokes tridimensionnelles ont ete resolues pour predeterminer l'ecoulement derriere un cylindre circulaire. Les caracteristiques dynamiques de cette simulation ont ete comparees a celles issues du calcul bidimensionnel et ont permis de faire apparaitre la bifurcation tridimensionnelle ainsi que des nouvelles structures (tourbillons longitudinaux et transversaux). Les discontinuites observees experimentalement dans la relation du nombre de strouhal en fonction du nombre de reynolds ont ete simulees et expliquees. L'etude spectrale du sillage et l'evolution spatiale de l'instabilite de von karman ont egalement ete examinees dans cette etude

On developpe un algorithme d'integration des equations bidimensionnelles instationnaires de navier-stokes d'un fluide de bomussinesq qui couple une discretisation spatiale des variables dependantes par approximation spectrale de chebyshev a une discretisation temporelle de type differences-finies du second ordre. Les cavites etudiees ont des rapports de forme de 1 a 10. Suivant le rapport de forme et les conditions aux limites thermiques, il existe trois mecanismes differents de transition a l'instationnarite qui correspondent a des bifurcations de hopf supercritiques

Ce travail est motivé par l'effort international actuel de créer expérimentalement une dynamo fluide auto-entretenue. L'effet dynamo, dont l'existence a été prevu par Larmor au début du XXème siècle, est considéré comme étant responsable de la production du champ matnétique terrestre et d'autres objets célestes par l'intermédiaire de l'écoulement d'un fluide conducteur. Afin d'étudier numériquement l'écoulement de von Kármán, qui modélise la configuration d'une expérience dynamo mise en place à Cadarache, nous avons développé une approche numérique originale permettant la résolution des équations magnétohydrodynamiques dans une géométrie dylindrique en formulation potentielle. La décomposition en potentiels poloïdal et toroïdal a été utilisée pour garantir la nature solénoïdale des champs de vitesse et magnétique. Nous utilisons la technique de la matrice d'influence pour satisfaire aux conditions aux limites et aux conditions de continuité du champ magnétique à la paroi du cylindre. La grande puissance de calcul, résultant de la parallélisation MPI du code, a presmis de l'appliquer deux problèmes concernant la turbulence dans la géométrie cylindrique : la turbulence axisymétrique et une bifurcation entre états turbulents.

Le phénomène de décrochage est souvent décrit comme une chute soudaine de portance lorsque l'angle d'incidence augmente. Ce phénomène est préjudiciable aux avions et aux hélicoptères et limite leur enveloppe de vol. Plusieurs études numériques et expérimentales, particulièrement centrées sur le décrochage statique (i.e. pour des ailes fixes), ont révélé des phénomènes apparaissant proche de l'angle de décrochage : des oscillations basses fréquences et une hystérésis des coefficients aérodynamiques. Le premier phénomène se traduit par une oscillation de la portance entre une valeur maximale et une valeur minimale obtenues quand l'écoulement est respectivement attaché ou détaché. Le nombre de Strouhal associé (St ~ 0.02) est habituellement un ordre de grandeur plus faible que le nombre de Strouhal (St ~ 0.2) du lâcher tourbillonnaire qui apparaît pour de plus grandes incidences. Le second phénomène est caractérisé par l'existence de solutions moyennées en temps autour de l'angle de décrochage qui diffèrent selon que l'angle d'attaque est augmenté ou diminué.L'objectif de cette thèse est d'avoir une meilleure compréhension de l'origine du décrochage et de ces deux phénomènes grâce à des simulations numériques d'écoulements turbulents modélisés par une approche RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Une combinaison de diverses approches numériques et théoriques (simulations instationnaires, continuation de solutions stationnaires, stabilité linéaire et analyse de bifurcation) est développée et appliquée dans le cas du décrochage d'un profil 2D de pale d'hélicoptère, le OA209, à bas nombre de Mach (M~0.2) et haut nombre de Reynolds (Re~1.8x10^6).Des solutions stationnaires sont calculées pour différents angles d'attaques en considérant le modèle de turbulence de Spalart-Allmaras et en utilisant des méthodes de continuation (continuation naïve et méthode du pseudo-arclength). Les résultats mettent en évidence une branche supérieure (à haute portance), une branche inférieure (à basse portance) et, entre les deux, une branche du milieu. Pour un même angle d'attaque, des solutions coexistent proche de l’angle de décrochage sur chacune des branches, ce qui est caractéristique d’un phénomène d'hystérésis. Des analyses de stabilité linéaire réalisées autour de ces états d'équilibres révèlent l'existence d'un mode instable basse fréquence associé au décrochage. L'évolution des valeurs propres associées à ce mode le long des branches stationnaires nous permet d'établir une première version du diagramme de bifurcation. Afin de le compléter, des calculs RANS instationnaires sont réalisés et des cycles limites basse fréquence sont identifiés sur une plage réduite d'angles d'attaque proches du décrochage. Ces solutions périodiques sont caractérisées par des valeurs de portance maximales et minimales plus grandes et plus petites que celles des solutions stationnaires à haute et basse portance associées, respectivement. Pour clarifier la formation et la disparition de ce cycle limite basse fréquence et permettre une meilleure compréhension du scénario de bifurcation, un modèle à une équation reproduisant les caractéristiques linéaires du phénomène est proposé. Ce modèle non-linéaire du décrochage statique est calibré sur les états stationnaires et leur comportement linéaire obtenus par calculs RANS. Une étude du comportement non-linéaire de ce modèle révèle un scenario possible qui pourrait conduire à l'apparition et à la disparition du cycle limite basse fréquence. Finalement, le cas d'un NACA0012 à nombre de Reynolds Re~1.0x10^6 est considéré pour valider la robustesse du scenario identifié
Airfoil stall is commonly described as a sudden drop of lift when increasing the angle of attack. This phenomenon is detrimental to aircrafts and helicopters, since it strongly limits their flight envelope. Past experimental and numerical investigations, specifically dedicated to static stall (i.e. for rigid wings), have clearly identified two phenomena which appear close to the stall angle: low-frequency oscillations and hysteresis of the lift coefficient. The first one is an oscillation of the lift between maximal and minimal values obtained when the instantaneous flow is attached and fully separated, respectively. The corresponding Strouhal number (St ~ 0.02) is usually an order of magnitude lower than the Strouhal number (St ~ 0.2) of the vortex-shedding that may appear for larger angles of attack. The second phenomenon is characterized by the existence of different time-averaged solutions around the stall angle depending on whether the angle of attack is increased or decreased.The objective of this thesis is to better understand the origin of stall and of these two phenomena using numerical simulations of turbulent flows modelled in the RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) framework. A combination of various numerical and theoretical approaches (unsteady simulations, continuation of steady solutions, linear stability and bifurcation analyses) have been developed and applied to the stall of a 2D helicopter blade airfoil OA209 at low Mach number (M~0.2) and high Reynolds number (Re~1.8x10^6).Steady RANS computations are performed using Spalart-Allmaras model to obtain steady states for several angles of attack taking advantage of continuation methods (naive continuation and pseudo-arclength method). The results highlight one upper branch (of high lift), one lower branch (of low lift) and, in between, a middle branch. Close to stall, for a same angle of attack, solutions coexist on each branch, characterizing a hysteresis phenomenon. Linear stability analyses performed around these equilibrium states reveal the existence of a low-frequency unstable mode associated to stall. The evolution of the corresponding eigenvalues along the branches of steady solutions allows us to establish a first sketch of the bifurcation scenario. Unsteady RANS computations are carried out to complete it. Low-frequency limit-cycle solutions have been identified in a narrow range of angles of attack close stall. These periodic solutions are characterized by maximal and minimal instantaneous values of the lift that are larger and lower than the associated high-lift and low-lift steady solutions, respectively. To clarify the formation and disappearance of this low-frequency limit cycle, and thus improve our knowledge about the bifurcation scenario, a one-equation model reproducing the linear characteristics of the phenomenon is proposed. This nonlinear static-stall model is calibrated on the steady states and their linear behavior obtained with RANS computations. A study of the nonlinear behavior of this model then reveals a possible scenario leading to the appearance and collapsing of the low frequency limit cycle. Finally, the case of a NACA0012 at Re~1.0x10^6 is considered to check the robustness of the scenario identified

Nous étudions ici expérimentalement l'écoulement de von Kármán, produit dans un cylindre entre deux turbines coaxiales. Nous nous plaçons plus particulièrement en régime de turbulence pleinement développée, pour un écoulement contrarotatif forcé inertiellement. Nous étudions dans un premier temps la transition à la turbulence de cet écoulement fermé, depuis les régimes laminaires. Nous insistons sur le rôle des grandes échelles lentement variables
de la couche de mélange. Nous étudions alors la stabilité de l'écoulement moyen et mettons en évidence une bifurcation des grandes échelles en régime turbulent. Nous étudions statistiquement le rôle des fluctuations sur le déclenchement des transitions. Ces transitions peuvent également avoir une dynamique intermittente à temps long.
Dans un deuxième temps, nous étudions la possibilité d'un effet dynamo pour le champ de vitesse moyenné dans le temps. L'effet dynamo est une instabilité du champ magnétique dans un fluide conducteur en écoulement. Nous définissons ainsi la configuration de l'expérience VKS2, en sodium liquide, et discutons enfin les premiers résultats de l'expérience. Nous y retrouvons la trace des instationnarités des grandes échelles de l'écoulement.

Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering, 2020
Cataloged from the official PDF of thesis.
Includes bibliographical references (pages 153-164).
Empirical energy confinement scalings play a crucial role in the design of tokamak fusion reactors, measuring how quickly energy is transported by turbulence from the fusion-producing core to conduction loss at the edge. Unfortunately, experiments often exhibit discontinuous changes in scaling behavior as the plasma parameters are varied, termed confinement transitions. Navigating these transitions requires an understanding of the physical origin and limits of confinement scalings, and is crucial for retiring the physics risk of extrapolating empirical results to future reactors. This thesis explores the connection between two universally observed transitions in tokamak transport: the Linear to Saturated Ohmic Confinement (LOC/SOC) transition and the concomitant intrinsic rotation reversal. Analysis and modeling of rotation reversal hysteresis experiments show that a single turbulent bifurcation underlies both transitions on Alcator C-Mod.
Plasmas on either side of the reversal exhibit different toroidal rotation profiles and therefore different turbulence characteristics despite profiles of density and temperature which are indistinguishable within measurement uncertainty. Elements of this bifurcation are also shown to persist for auxiliary heated L-modes. Within a reduced quasilinear transport model, the deactivation of subdominant (in linear growth rate and contribution to heat transport) ion temperature gradient (ITG) and trapped electron mode (TEM) instabilities is identified as the only possible change in turbulence across the reversal which is consistent with the measured profiles and inferred heat and particle fluxes. Experimental constraints on a possible change from strong to weak turbulence, outside the description of the quasilinear model, are also discussed.
These results indicate an explanation for the LOC/SOC transition that provides a mechanism for the hysteresis through the dynamics of subdominant modes and changes in their relative populations, and does not involve a change in the most linearly unstable ion-scale drift-wave instability. This work highlights the importance of considering the dynamics of the entire mode spectrum, and not just the dominant modes, in making predictions about transport and confinement regimes.
by Norman Ming-Chen Cao.
Ph. D.
Ph.D. Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering

Thesis (Ph. D.)--Missouri University of Science and Technology, 2008.
Vita. The entire thesis text is included in file. Title from title screen of thesis/dissertation PDF file (viewed August 21, 2008) Includes bibliographical references.

Prédire la statistique des grandes échelles des écoulements turbulents constitue un enjeu important. Pour l'équation d'Euler 2D et des modèles analogues d'écoulements géophysiques, une auto-organisation est observée (formation de cyclones/anticyclones, jets intenses). La mécanique statistique d'équilibre des écoulements bidimensionnels s'est avérée fondamentale et pertinente même en présence de forçage et dissipation, dans la limite inertielle. La thèse est motivée par le phénomène de transitions aléatoires entre deux topologies différentes, lié à une bistabilité. Il s'agit de prédire la multiplicité des équilibres d'un écoulement (quasi) bidimensionnel. On développe une classification des transitions de phase, pour des équilibres (statistiques et/ou dynamiques) d'un tel écoulement. Les diagrammes de phase font apparaître la présence générique de points critiques et tricritiques, et des domaines d'inéquivalence d'ensembles statistiques. Dans le cas d'une géométrie annulaire, on décrit les effets de la topographie et de la conservation de deux circulations. Des analogies avec la bistabilité du courant océanique Kuroshio sont proposées à partir de cette étude académique. Enfin, pour le système Euler 2D, on détaille un résultat de mécanique statistique dans l'ensemble énergie-enstrophie : la distribution microcanonique, construite à partir du théorème de Liouville en dimension finie, correspond à la maximisation d'une entropie de mélange de la vorticité.

Ce travail expérimental s'intéresse à l'étude des bifurcations de convection naturelle dans une cavité en air de forme parallélépipédique. Cette cavité, de rapport de forme vertical égal à 4, possède deux parois en vis-à-vis respectivement chauffée et refroidie à température constante, elle peut être inclinée d'un angle compris entre 0 (chauffée par dessous) et 180°. Des mesures locales de fluctuations de température, en des endroits bien particuliers, ont permis de mettre en évidence les différentes bifurcations apparaissant pour la plupart des inclinaisons. Un comportement universel, avec une corrélation unique donnant la valeur du nombre de Rayleigh critique du premier mode instationnaire pour toutes les inclinaisons, a été également observé. Par ailleurs, différents modes d'instationnarité, en fonction de l'angle d'inclinaison, ont été trouvés et des visualisations par tomographie laser ont permis de déceler le comportement du fluide suite à l'établissement de chacun de ces différents modes. La caractérisation dynamique et thermique de ces régimes a été entreprise à l'aide de profils de température, le long de l'axe de symétrie de la cavité, ainsi que par la technique de vélocimétrie laser bidimensionnelle par imagerie de particules dans le plan médian orthogonal aux parois actives et au plancher. Quelques observations, dont l'évolution de la stratification thermique et les différents régimes d'écoulements rencontrés suivant l'inclinaison, ont été dégagées. Enfin, une attention toute particulière a été consacrée au cas de la convection fortement turbulente de Rayleigh-Bénard avec la détermination de quantités turbulentes 3D
This experimental work is focused on the study of natural convection bifurcations that can be encountered in an air filled parallelepipedal cavity. This enclosure, of a vertical aspect ratio 4, has two opposite walls respectively heated and cooled at a constant temperature. It can also be titled of an angle ranging from 0 (heated from below) to 180°. Local measurements of temperature fluctuations, in specific areas, allowed to highlight the different bifurcations appeared for most of the tilts. A universal behaviour was observed with a single correlation giving the critical Rayleigh number of the first unsteadiness appearance for all of the inclinations. Different unsteady modes, according to the angle of tilt, were observed as well. Thus, laser tomography visualizations made it possible to see the fluid behaviour after the establishment of each one of these various modes. The thermal characterization of these different modes was undertaken using temperature profiles along the symmetry axis of the cavity. The dynamic characterization was also undertaken by the Particle Image Velocimetry technique (PIV-2D) carried out in the median plane, orthogonal to the active walls and to the floor. Some observations were released concerning the evolution of the thermal stratification and the various flow patterns according to the inclination. Finally, a particular study was devoted to strongly turbulent Rayleigh-Bénard convection with the determination of 3D turbulent quantities

The focus of this thesis is the dynamical behaviour of linear arrays of laser oscillators with nearest-neighbour coupling. In particular, we study how laser dynamics are influenced by laser-coupling strength, $\kappa$, the natural frequencies of the uncoupled lasers, $\tilde{\Omega}_j$, and the coupling between the magnitude and phase of each lasers electric field, $\alpha$. Equivariant bifurcation analysis, combined with Lyapunov exponent calculations, is used to study different aspects of the laser dynamics. Firstly, codimension-one and -two bifurcations of relative equilibria determine the laser coupling conditions required to achieve stable phase locking. Furthermore, we find that global bifurcations and their associated infinite cascades of local bifurcations are responsible for interesting locking-unlocking transitions. Secondly, for large $\alpha$, vast regions of the parameter space are found to support chaotic dynamics. We explain this phenomenon through simulations of $\alpha$-induced stretching-and-folding of the phase space that is responsible for the creation of horseshoes. A comparison between the results of a simple {\it coupled-laser model} and a more accurate {\it composite-cavity mode model} reveals a good agreement, which further supports the use of the simpler model to study coupling-induced instabilities in laser arrays. Finally, synchronisation properties of the laser array are studied. Laser coupling conditions are derived that guarantee the existence of synchronised solutions where all the lasers emit light with the same frequency and intensity. Analytical stability conditions are obtained for two special cases of such laser synchronisation: (i) where all the lasers oscillate in-phase with each other and (ii) where each laser oscillates in anti-phase with its direct neighbours. Transitions from complete synchronisation (where all the lasers synchronise) to optical turbulence (where no lasers synchronise and each laser is chaotic in time) are studied and explained through symmetry breaking bifurcations. Lastly, the effect of increasing the number of lasers in the array is discussed in relation to persistent optical turbulence.

Motivés par la modélisation de la réduction de bruits auto-entretenus, nous avons testé et développé différentes méthodes numériques. Elles permettent l'identification de bifurcations stationnaires dans les écoulements fluides présentant des phénomènes d'attachement d'un jet à une paroi par effet Coanda, et la prédiction de la dynamique de ces écoulements. Ces techniques, à savoir la Méthode Asymptotique Numérique (MAN), des simulations aux grandes échelles et un système dynamique d'ordre faible (SD) obtenu par décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD), présentent des degrés de performance différents selon les configurations étudiées: expansion brusque, cavité ouverte, diffuseur long Afin d'améliorer la prédiction de SD, plusieurs méthodes de stabilisations sont testées et on propose une méthode de correction qui prend en compte le fait que le champ de vitesses issu des simulations LES n'est pas le champ physique mais le champ filtré. Pour s'affranchir du terme de pression apparaissant dans SD, on propose une formulation du problème en contrainte associée à une méthode de pénalisation
In this report we have tested and developed various numerical methods. They allows the identification of stationary bifurcations in the fluid flows characterized by the attachment of a jet to a wall by Coanda effect, and the prediction of the dynamic of these flows. These methods, which are the Asymptotic Numerical Method (MAN), Large Eddy Simulations and a low order dynamical system (DS) obtained by proper orthogonal decomposition (POD), are applied to various geometries : sudden expansion, opened cavity, long diffuser. . . In order to increase the prediction of DS, some methods of stabilizations are tested and we suggest a method of correction which take account that the velocity field derived from the LES is not the physical field but the filtered field. In order to avoid the pressure term in the DS we propose to use a stress formulation with a penalization method

L'étude théorique de la transition vers la turbulence d'écoulements en tuyau de fluides non newtoniens rhéofluidifiants (fluides de Carreau) est menée, avec l'approche consistant à calculer des «~structures très cohérentes~» sous la forme d'«~ondes non linéaires~». Pour cela un code pseudo-spectral de type Petrov-Galerkin, permettant de suivre des solutions ondes non linéaires tridimensionnelles dans l'espace des paramètres par continuation, est développé. Ce code est validé par comparaison à des résultats existants en fluide newtonien, et grâce à un test de consistance en fluide non newtonien. Une convergence spectrale exponentielle est obtenue dans tous les cas. Ce code est utilisé pour chercher (guidé par des résultats expérimentaux récents) de nouvelles solutions de nombre d'onde azimutal fondamental égal à 1, sans succès pour l'instant. Par contre des solutions de nombre d'onde azimutal fondamental égal à 2 ou 3 sont obtenues par continuation à partir du cas newtonien. La rhéofluidification induit, en termes de nombres de Reynolds critiques, un retard à l'apparition de ces ondes par rapport au cas newtonien. Ce retard est caractérisé, et le parallèle est fait avec divers résultats expérimentaux qui montrent un retard à l'apparition de bouffées turbulentes en fluides non newtoniens
The transition to turbulence in pipe flows of shear-thinning fluids is studied theoretically. The method used is the computation of `exact coherent structures' that are tridimensional nonlinear waves. For this purpose a pseudo-spectral Petrov-Galerkin code is developped, which also allows to follow solution branches in the parameter space with continuation methods. This code is validated by recovering already published results in the Newtonian case, and by a consistency test in the non-Newtonian case. A spectral exponential convergence is obtained in all cases. This code is used to seek (guided by recent experimental results) new solutions of fundamental azimuthal wavenumber equal to 1,without success at the time being. On the contrary solutions with a fundamental azimuthal wavenumber equal to 2 and 3 are obtained by continuation from the Newtonian case. The shear-thinning effects induce, in terms of critical Reynolds numbers, a delay for the onset of these waves, as compared with the Newtonian case. This delay is characterized. An analogy is made with various experimental results that show a delay in the transition to turbulence, more precisely, in the onset of `puffs', in non-Newtonian fluids

03etude de la stabilite de l'etat d'equilibre d'un plasma confine par des champs magnetiques a l'interieur d'un tokamak et represente par les equations de la mhd. Pour deux des principaux types d'instabilite, la convection et l'instabilite de dechirement des surfaces magnetiques, on fait une etude non lineaire des solutions, en considerant le probleme mathematique comme un probleme de bifurcation

Cette thèse est une contribution à l'étude de la dynamique des écoulements tournants de grand nombre de Reynolds. Elle vise à expliquer la déstabilisation, à nombre de swirl élevé, d'un écoulement en rotation solide se développant dans une conduite cylindrique de section constante puis contractante, et débouchant en un jet. On caractérise d'abord la turbulence qui en résulte dans le plan de sortie du jet. Des mesures par anémométrie fil chaud, effectuées en faisant varier le taux de contraction final, confirment que l'origine de cette turbulence doit être principalement recherchée dans l'écoulement de conduite et non dans le jet. On montre ensuite par une étude bibliographique que l'écoulement à l'amont de la contraction peut être fortement affecté par celle-ci lorsqu'il est s! ous-critique vis-à-vis des ondes inertielles (ou ondes de Kelvin) axisymétriques. A l'aide d'un modèle de fluide parfait axisymétrique, on étudie alors l'influence du taux de contraction et des conditions aux limites amont au régime transcritique. On montre l'apparition d'une recirculation de paroi dans la contraction. On explore ensuite l'écoulement de conduite par PIV stéréoscopique, et on compare ces mesures avec une simulation numérique axisymétrique à nombre de Reynolds modéré. En présence d'une contraction finale, on constate une dynamique nouvelle puisque la transition critique est franchie sans éclatement tourbillonnaire. On observe à la place des ondes inertielles axisymétriques stationnaires de grande amplitude. On montre finalement que des instabilités centrifuges de petite échelle ainsi qu'une instabilité global! e axisymétrique peuvent participer à la créatio! n de tur bulence.

La mémoire présente une étude numérique des trajectoires non-verticales d'objets en chute ou en ascension libre dans un fluide newtonien initialement au repos. Une méthode numérique originale combinant une discrétisation spatiale spectrale et la décomposition du domaine a été implémentée à cet effet. Le code obtenu a été exploité pour apporter de nouvelles connaissances sur des objets fixes et objets libres. Pour les objet fixes, ellipsoïdes et cylindres, l'étude très complète des divers états de la transition a permis d'établir un lien entre le scénario de transition de la sphère et du disque infiniment mince. La simulation numérique d'objets libres a apporté des résultats très complets sur la chute de disques minces et de cylindres de faible épaisseur. Plusieurs questions soulevées dans les travaux précédents ont trouvés des réponses claires. Une étude paramétrique exhaustive, jamais abordée précédemment, portant sur des ellipsoïdes est décrite dans le dernier chapitre du mémoire.

Orientadores: Jose Manoel Balthazar, Paulo R. G. Kurka
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-08-09T22:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_DaniloCarlos_D.pdf: 3711639 bytes, checksum: 2413d33f619760c04be8cc5320c0a84b (MD5) Previous issue date: 2007
Resumo: Neste trabalho analisou-se a dinâmica não linear de uma aeronave em vôo longitudinal. Efetuou-se a análise do comportamento bifurcacional da aeronave F-8 ¿Cruzader¿. Na análise bifurcacional foi estudado o comportamento topológico desta aeronave tomando-se dois parâmetros de controle: a deflexão do profundor e a alteração da massa da referida aeronave. Ante a pesquisa desenvolvida, foi proposto um projeto de controle linear ótimo com o objetivo de estabilizar as oscilações do ângulo de ataque, considerando-se regiões criticas do comportamento não linear da aeronave. Adicionalmente, incluiu-se no modelo matemático a variação da velocidade longitudinal da aeronave, visto tratar-se de simulações numéricas em um túnel de vento virtual
Abstract: In this work it was analyzed the non linear dynamic of an aircraft taken onto longitudinal flight. It was done analysis of the bifurcacional behavior of the aircraft F-8 ¿Cruzader¿. In the bifurcational analysis was studied the topological behavior of this aircraft taken into account two parameters of control: the deflection of the elevator and the alteration of the mass of the related aircraft. In the face of the developed research, an optimum linear control project was proposed with the objective of stabilizing the oscillations of the angle-of-attack. Additionally, the variation of the longitudinal speed of the aircraft was included in the mathematic model in order to simulate the oscillatory movement of the aircraft considered, in a tunnel of virtual wind
Doutorado
Materiais e Processos de Fabricação
Mestre em Engenharia Mecânica

Nous étudions ici expérimentalement l'écoulement de von Karman, produit dans un cylindre entre deux turbines coaxiales. Nous nous plaçons plus particulièrement en régime de turbulence pleinement développée, pour un écoulement contrarotatif forcé inertiellement. Nous étudions dans un premier temps la transition à la turbulence de cet écoulement fermé, depuis les régimes laminaires. Nous insistons sur le rôle des grandes échelles lentement variables de la couche de mélange. Nous étudions alors la stabilité de l'écoulement moyen et mettons en évidence une bifurcation des grandes échelles en régime turbulent. Nous étudions statistiquement le rôle des fluctuations sur le déclenchement des transitions. Ces transitions peuvent également avoir une dynamique intermittente à temps long. Dans un deuxième temps, nous étudions la possibilité d'un effet dynamo pour le champ de vitesse moyenné dans le temps. L'effet dynamo est une instabilité du champ magnétique dans un fluide conducteur en écoulement. Nous définissons ainsi la configuration de l'expérience VKS2, en sodium liquide, et discutons enfin les premiers résultats de l'expérience. Nous y retrouvons la trace des instationnarités des grandes échelles de l'écoulement.

碩士
國立成功大學
機械工程學系
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This study presents the numerical predictions on the fluid flow and heat transfer characteristics of turbulent flow in a phanar bifurcation with a protruding branching duct. A non-orthogonal body-fitted coordinate system and multi-block subdomain was used to handle the complexity of the geometry and a control volume-based finite difference method was employed to solve the governing equations. Two different models are used to describe the turbulent structure, k－ε turbulence model associated with wall function and low-Re model. The parameters studied include mass flow rate of the branching duct (β＝0.2, 0.8), protrusions (a＝0, a＝H／8), the inclined branching angle (θ＝90°, θ＝80°), and the entrance Reynolds numbers of the main duct (Re＝8,000, 16,000, 24,000). The results of numerical calculation show that there are two recirculation regions in the flow field, one on the bottom wall of the main duct and the other on the upstream of the branching duct at the mass flow rate of the branching duct β＝0.8. There is one small recirculation region on the upper wall of the main duct near the corner of the protruding at θ＝90°with branching duct protrusion. The results of numerical predictions also show that the turbulent flow field of branching duct and pressure drop are strongly influenced by the mass flow rate of branching duct and the extent of the branching duct protrusion. In addition, the numerical predictions of heat transfer effect also present that the maximum local Nusselt number on the wall of the branching duct with β＝0.8 is about 2.5 times that of β＝0.2 for the same Reynolds number. When the mass flow rate of branching duct β＝0.8, no matter with or without branching duct protrusion the local Nusselt numbers on the bottom wall of the main duct have drop rapidly at X／H□3.7.