Dissertations / Theses: 'Couche limite turbulente – Simulation par ordinateur'

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Solak, Ilkay. "Simulation numérique directe et analyse des grandes échelles d'une couche limite turbulente." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I029/document.

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Abstract:

Cette étude est à l’intersection de deux problématiques que sont (i) la description des structures cohérentes d’une couche limite turbulente et (ii) les méthodes numériques adaptées pour le calcul haute performance de ces écoulements. Les principaux objectifs sont de caractériser les grandes structures de la turbulence et de développer de nouveaux outils numériques pour la simulation de couches limites turbulentes. Une nouvelle simulation numérique directe de couche limite turbulente de plaque plane est réalisée avec le code Incompact3d. Une relation entre les structures cohérentes attachées à la paroi et le spectre d'énergie dans une couche limite turbulente est établie et comparée à une étude antérieure basée sur des résultats expérimentaux. Une application particulière de la méthode de squelettisation est proposée pour établir des statistiques plus précises des structures cohérentes de la turbulence. Les statistiques des structures grandes échelles de vitesse longitudinale (LSM) et les différents composantes des tensions de Reynolds turbulent instantanées (quadrants) sont comparées. Dans un second temps, un nouveau module de tests est implémenté dans le solveur Navier-Stokes incompressible développé en interne. La performance de ce nouveau code est analysée. Les problèmes de stabilité à nombre de Reynolds élevé sont abordés et certaines solutions sont proposées
This work lies at the intersection of two problems concerning turbulence (i) the description of coherent structures of turbulent boundary layer flow and (ii) the numerical methods for high-performance computing of these flows. The main objectives are to analyze coherent structures and to develop new numerical tools to be used in turbulence research with a special focus on the turbulent boundary layers. A new direct numerical simulation of a turbulent boundary layer flow over a flat plate is conducted with the code Incompact3d. A relationship between attached flow structures and the streamwise energy spectra in a turbulent boundary layer has been established similarly to an earlier experimental study. A novel application of the skeletonization method is proposed to obtain detailed statistics of coherent structures. Statistics of large-scale motions (LSM) and Reynolds Shear Stress quadrant structures are compared. In the second part, a new test-suite is implemented to the in-house incompressible Navier-Stokes solver. Performance of the code is analyzed. The stability problems at high Reynolds numbers are addressed and some solutions are proposed

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Silvani, Xavier. "Simulation numérique des couches cisailées planes à grand rapport initial de masse volumique." INSA de Rouen, 2001. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598330.

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Abstract:

On peut constater une analogie étroite entre les mécanismes d'atomisation primaire dans une couche cisaillée diphasique et ceux précédant la transition au mélange dans une couche monophasique : l'instabilité primaire et la cinétique d'étirement des ligaments de fluide dense dans le courant rapide sont similaires dans les cas monophasiques et diphasiques si les vitesses d'injection et le rapport initial des masses volumiques sont les mêmes. L'atomisation primaire s'apparente au mélange turbulent de deux fluides pris dans la même phase pour les grands nombres de Reynolds et de Weber, comme dans le cas d'une injection LOx-H2 dans Vulcain. On choisit alors d'étudier l'influence du rapport initial de masse volumique sur la dynamique prétransitionnelle d'une couche monophasique plane au moyen de simulations numériques. A ce stade, la raideur des fonctions manipulées implique le recours aux solveurs hyperboliques de type solveur de Roe associés à des schémas Essentiellement Non Oscillants d'ordre élevé (WENO) et ce, pour la discrétisation des flux convectifs. Une fois établies les limites du compromis précision-robustesse des solveurs développés, deux directions d'étude sont privilégiées : tout d'abord des calculs Navier-Stokes, destinés à la compréhension des mécanismes fondamentaux de mélange avant la transition à la turbulence 3D. L'étude révèle que, lorsque le rapport des masses volumiques entre les courants lents et rapides est supérieur à 1, la dynamique non-linéaire de la couche est gouvernée par un champ tourbillonnaire asymétrique, au bilan duquel contribue fortement la distribution des gradients de masse volumique via le couple barocline. La possibilité de prendre en compte à la fois de forts rapports de masse volumique et des effets diffusifs variables permet d'établir les échelles intégrales de temps de mélange. Ensuite, des calculs conduits dans l'approche MILES, autorisant des nombres de Reynolds plus éleve

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Havet, Michel. "Etude du couplage thermique par conduction-convection-rayonnement dans une enceinte en présence d'une source radiative : application au chauffage de halls industriels par panneaux radiants." Poitiers, 1995. http://www.theses.fr/1995POIT2255.

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Abstract:

Ce travail a concerne le chauffage des locaux de grandes dimensions par panneaux radiants suspendus au plafond. Notre objectif etait de mettre au point des outils numeriques afin d'etudier d'une part le couplage entre les emetteurs radiants et l'enveloppe du local, d'autre part le confort thermique resultant de ce procede de chauffage. Nous avons elabore un modele thermique simplifie qui prend en compte le rayonnement de surface, la conduction et la convection par l'intermediaire de coefficients d'echange. Nous avons notamment pu mettre en evidence l'influence de la position des panneaux radiants sur les temperatures de parois. Un processus iteratif entre ce modele thermique et un modele numerique resolvant les equations de navier-stokes a ete automatise. Il nous a permis de montrer que les vitesses sont faibles dans le cur de la cavite et plus importantes le long des parois. Nous avons egalement constate que le chauffage par panneaux radiants n'entraine pas de stratification thermique au sein du local. Ces resultats nous ont incites a etudier le transfert thermique a la paroi. Dans un modele parabolique resolvant les equations de la couche limite, nous avons implante deux modeles algebriques de turbulence. Ceci a permis de mettre en evidence l'influence de la non-uniformite de la temperature de paroi sur le transfert de chaleur. Les correlations issues de cette etude ont ete introduites dans le modele thermique ; elles ont permis d'obtenir des resultats en accord avec une modelisation fine des phenomenes convectifs et avec des resultats experimentaux. Nous avons egalement mis au point un modele pour calculer trois criteres de confort thermique: la temperature resultante, l'asymetrie de rayonnement et l'eclairement maximal admissible. Nous avons pu mettre en evidence, dans un cas reel de halls industriels, la grande influence de la position des panneaux radiants sur le confort thermique

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Viaud, Bertrand. "Etude de la transition à la turbulence dans une cavité en rotation à flux radical forcé, par simulation numérique directe pseudo-spectrale." Aix-Marseille 3, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX30016.

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Abstract:

La simulation numérique directe pseudo-spectrale est appliquée à l'étude de la transition vers la turbulence dans une couche limite en rotation. La configuration étudiée comporte deux anneaux plans parallèles, en rotation d'ensemble, entre lesquels passe un flux radial forcé. L'augmentation progressive des paramètres de contrôle permet d'observer et de caractériser successivement les différents types d'instabilité convective, puis absolue. Les effets non linéaires et non parallèles font l'objet d'une étude plus poussée. Les simulations mettent en évidence l'existence d'une bifurcation sous critique vers un mode global non linéaire lié à l'instabilité absolue. Plusieurs scénarios de transition sont ensuite observés, en particulier à travers une instabilité secondaire absolue du front primaire
The transition process in a rotating boundary layer is numerically investigated, using pseudo-spectral direct numerical simulation. The study is conducted in an open rotating cavity made of two disks of finite radial extent, rotating around the same axis, and fed by a forced inflow. Increasing the control parameter, we are able to successively identify the different types of instability, convective then absolute, and to focus on both nonlinear and non-parallel effects. The results exhibit the presence of a subcritical global bifurcation, toward a nonlinear global mode. Further work evidences the competition between different transition processes, while demonstrating the existence of a direct route through secondary instability of the primary global mode

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Pamiès, Mathieu. "Contrôle d'une couche limite turbulente au moyen d'un micro-sytème distribué." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10081/document.

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Abstract:

Sur fond de crise pétrolière, il devient crucial pour les industries de transport, civiles ou militaires, de réduire la consommation de carburant de leurs véhicules. Aussi. la réduction de leur traînée de frottement laisse espérer des gains énergétiques substantiels. Notamment à l'origine de cette force, la contrainte pariétale dans les couches limites turbulentes résulte de phénomènes dynamiques complexes difficilement observables et peu prévisibles. Il s'agit de structures tourbillonnaires cohérentes. dont les tailles et temps caractéristiques sont encore difficilement atteignables dans les applications industrielles. Pour mieux prévoir les gains potentiels et en vue d'une future démonstration expérimentale. des simulations numériques de leur contrôle au moyen d'un micro système d'actionnement original sont présentées dans ce mémoire. L'accent a été mis sur le réalisme de la modélisation. Ces travaux ont d'abord permis un diagnostic des techniques de simulation des couches limites spatiales et ont abouti à une amélioration des conditions d'entrée turbulentes et au développement d'une méthode performante de génération synthétique de turbulence. Des stratégies de contrôle ont ensuite été proposées, qui permettent d'accroître la faisabilité pratique des mécanismes associés au contrôle en opposition, bien connus de la littérature. La mise en œuvre de cette dernière stratégie au moyen d'un microsystème distribué réaliste a finalement permis de caractériser ses performances réelles. Les mécanismes d'interaction entre turbulence et actionneur sont précisément décrits. L'identification de facteurs de rendement permet alors d'orienter les futurs travaux à ce sujet
The rising cost of oil leads most of transportation firms to work towards reducing the fuel consumption of their vehicles. ln aeronautical applications, they mainly focus on viscous drag reduction. which gives hope to considerable power savings. The approach followed in the present work aims at manipulating the turbulent features responsible for the friction force. Located in the turbulent part of boundary layers. they consist in coherent vortices. whose characteristic time and space scales are costly to reach experimentally and numerically. This work postulates that only a high level of realism could help to predict accurately the performance of coherent vortices-based drag control methods. It is therefore taken into account at three stages of the design of our flow control simulation. which are the choice of the Reynolds number, the control algorithm and the actuating system. First of all, the simulation of high Reynolds number spatial boundary layers is often limited by computing capacities. Thanks to an optimization of existing inflow boundary conditions, current work helps to reduce CPU cost and widens the field of reachable flow conditions. Secondly, two improvements of the well-known oppositiol control have been proposed to allow its experimental adaptation. They are assessed using large-eddy simulation (LES) at a reasonable cost. Finally, a realistic MEMS is mode lied and used to manipulate the fine turbulent structures in the vicinity of the wall. Real influence on drag as well as precise interaction mechanisms are described using direct numerical simulation (DNS). Efficiency parameters are identified and possible ways of improvement are indicated

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Bellettre, Jérôme. "Transferts de masse et de chaleur dans la couche limite pariétale et à l'intérieur d'une paroi poreuse plane soumise à de l'effusion ou de la transpiration." Lyon, INSA, 1998. http://theses.insa-lyon.fr/publication/1998ISAL0094/these.pdf.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude numérique et expérimentale des écoulements et des transferts thermiques au voisinage et dans une paroi poreuse soumise à un écoulement interne de fluide. Les simulations numériques de l'écoulement pariétal sont effectuées en utilisant un modèle classique de turbulence (modèle RNG k-ɛ). Une modélisation discrète de l'effusion à travers la paroi poreuse est développée afin de prédire les interactions entre l'écoulement pariétal et le fluide injecté. Les résultats numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux obtenus dans une soufflerie thermique. Le couplage entre les transferts au voisinage et à l’intérieur de la paroi poreuse est étudié en fonction du taux d'injection, de la température de l'écoulement potentiel et de la surface d'échange interne du milieu poreux. Un modèle nodal des transferts thermiques internes à la paroi, couplé au modèle des couches limites soumises à de l'effusion, permet de calculer les températures de parois. Par comparaison entre les résultats de la modélisation et ceux de l'expérience, les coefficients d'échanges internes aux milieux poreux sont calculés. Enfin, en vue d'optimiser la protection thermique des parois, la transpiration d'un liquide est étudiée. Les résultats expérimentaux, obtenus avec la transpiration d’éthanol, alors que l’écoulement pariétal est gazeux, mettent en évidence une excellente performance du système de protection. Le débit de réfrigérant évaporé est calculé à partir de mesures de concentration dans la couche limite pariétale puis est utilisé pour l'étude numérique des transferts de masse en couche limites
The flows and the heat transfer near and inside a porous wall subjected to an internal flow are numerically and experimentally studied. Numerical simulations of the main flow are performed using a classical model of turbulence (RNG k-ɛ model). A discrete modeling of blowing through a porous plate is developed in order to predict interactions between the main flow and the injected fluid. Numerical results are in good agreement with experimental data obtained with a subsonic wind tunnel. The coupling between the heat transfer near and inside porous plates is studied for different injection rates, main flow temperatures and internal exchange surfaces of porous media. Surfaces temperatures are calculated using a nodal model of internal heat transfer, linked to the model of boundary layer submitted to injection. By comparing numerical and experimental temperatures of walls, the heat transfer coefficients inside porous media are calculated. In order to improve the thermal protection of walls, the transpiration with a liquid is studied. Experimental results, obtained with ethanol injection whereas the main flow is gaseous, show an important enhancement of the protection process. The coolant evaporation rate is calculated using measurement of mass fraction in the boundary layer and is used for the numerical study of mass transfer in the boundary layer

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Rkein, Hussein. "Direct numerical simulation of wall turbulence subjected to an adverse pressure gradient." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2021. http://www.theses.fr/2021LILUN031.

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Abstract:

L'objectif principal de ce travail est d'analyser les effets d'un gradient de pression défavorable modéré sur la dynamique d'écoulement d'une couche limite turbulente. Dans ce contexte, une simulation numérique directe (DNS) de la couche limite turbulente (TBL) soumise à un gradient de pression défavorable modéré (APG) hors équilibre a été réalisée jusqu'à un Reynolds de 8000 en utilisant le code open-source Incompact3d. Une large base de données résolues en temps et en espace a été collectée et utilisée pour analyser les statistiques de la turbulence. Une attention particulière a été consacrée à l'existence et à l'évolution du pic de contraintes de Reynolds observé dans la zone externe de la couche limite. Différentes échelles de vitesse ont été étudiées, testées et confrontées aux résultats numériques. L'échelle de vitesse basée sur la contrainte de cisaillement permet de mettre à l'échelle tous les profils de contraintes de Reynolds pour plusieurs nombres de Reynolds, ce qui indique que toutes les contraintes de Reynolds sont associées à une dynamique unique des structures turbulentes.Les structures cohérentes à grande échelle des fluctuations de vitesse longitudinales ont été étudiées en utilisant la corrélation spatiale en deux points. Une comparaison avec un cas sans gradient de pression à un nombre de Reynolds équivalent nous permet d'étudier l'effet du gradient de pression sur la taille et l'inclinaison des structures cohérentes attachées. Une étude approfondie sur les structures cohérentes a également été réalisée, où chaque structure a été détectée séparément en utilisant une méthode de seuillage afin de distinguer les effets des grandes et petites échelles et de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent la dynamique de ces structures. La contribution des mouvements de grande échelle (LSM) sur les contraintes de Reynolds en comparaison avec le cas ZPG a également été analysée
The main objective of this work is to analyze the effects of a moderate adverse pressure gradient on the dynamics of turbulent boundary layer flows. For that purpose, a direct numerical simulation (DNS) of the turbulent boundary layer (TBL) subjected to a moderate adverse pressure gradient (APG) out of equilibrium has been performed using the open-source code Incompact3d up to a Reynolds number of 8000 based on momentum thickness. A large database resolved in time and space was collected and used to analyze the turbulence statistics. Special attention has been paid to the existence and evolution of the outer peak of Reynolds stresses observed in APG wall-bounded flows. Different velocity scalings have been investigated and tested against the numerical results. The velocity scale based on the shear stress is shown to scale all the Reynolds stresses profiles for different Reynolds numbers, indicating that all Reynolds stresses are associated with a single dynamics of turbulent structures.The large-scale coherent structures of the streamwise velocity fluctuations have been investigated using two-point spatial correlation. A comparison with a zero pressure gradient case at an equivalent Reynolds number allows us to further investigate the effect of the pressure gradient on the size and inclination of attached coherent structures. A deeper investigation of the coherent structures was also performed, where each structure was detected separately based on a thresholding method to distinguish between the effects of large and small scales and to better understand the mechanisms controlling the dynamics of these structures. The contribution of large-scale motions (LSM) on the Reynolds stresses comparing with ZPG case was also analyzed

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Sharma, Sushank. "Transition laminaire turbulent dans les couches limites supersoniques : différents scénarios et contrôle possible Control of oblique-type breakdown in a supersonic boundary layer employing streaks Turbulent flow topology in supersonic boundary layer with wall heat transfer Laminar-to-turbulent transition in supersonic boundary layer : : Effects of initial perturbation and wall heat transfer Effect of thermo-mechanical non-equilibrium on the onset of transition in supersonic boundary layers." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMIR16.

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Abstract:

Les simulations numériques directes (DNS) des couches limites supersoniques adiabatiques et isothermes (chauffées et refroidies) sont effectuées. Deux différents scénarios de transition, à savoir la décomposition de type oblique et la transition de type 'by-pass', sont présentés en détail. Pour le scénario de transition de type oblique, les résultats montrent que les modes contrôles avec un nombre d'onde quatre à cinq fois supérieur au nombre fondamental se révèlent être bénéfiques pour contrôler la transition. Dans la première région après le forçage du mode de contrôle, la distorsion de flux moyenne (MFD) bénéfique générée en induisant le mode de contrôle est uniquement responsable de l'entrave à la croissance du mode fondamental. Globalement, le MFD et la partie tridimensionnelle du contrôle contribuent également à contrôler la rupture oblique. Les effets de paramètres physiques tels que la température de paroi, l'intensité de la perturbation et le 'baseflow' sont étudiés pour la transition de 'By-pass'. Les résultats concernant le scénario de by-pass révèlent que l'augmentation de l'intensité de la perturbation déplace le début de la transition en amont et augmente également la longueur de la région de transition. De plus, en dessous de 1 % des niveaux de perturbation, le refroidissement de la paroi stabilise le flux, tandis que l'inverse se produit à des valeurs plus élevées. L'existence d'un non-équilibre thermomécanique avance le début de la transition pour les cas chauffés alors que la paroi refroidie se comporte dans le sens opposé. Les analyses de la couche limite turbulente montrent que les facteurs thermiques influencent la topologie et l'inclinaison des structures tourbillonnaires. De plus, en ce qui concerne le flux de chaleur, un processus de transfert différent est dominant dans la région proche paroi pour la paroi refroidie
Direct numerical simulations (DNS) of both adiabatic and isothermal (heated and cooled) supersonic boundary layers are performed. Two different transition scenarios, namely the Oblique-type breakdown and the By-pass transition are presented in detail. For the oblique-type transition scenario, the results show that the control modes with four to five times the fundamental wavenumber are beneficial for controlling the transition. In the first region, after the control-mode forcing, the beneficial mean-flow distortion (MFD) generated by inducing the control mode is solely responsible for hampering the growth of the fundamental-mode. Globally, the MFD and the three-dimensional part of the control contribute equally towards controlling the oblique breakdown. Effects of physical parameters like wall-temperature, perturbation intensity and baseflow are investigated for the By-pass transition. The results regarding the by-pass scenario reveal that increasing the perturbation intensity moves the transition onset upstream and also increases the length of the transition region. Additionally, below 1% perturbation levels, wall-cooling stabilizes the flow while inverse happens at higher values. The existence of the thermo-mechanical non-equilibrium advances the onset of transition for the heated cases while the cooled wall behaves in the opposite sense. The analyses of the turbulent boundary layer show that the thermal factors influence the topology and inclination of the vortical structures. Moreover, regarding the heat flux, different transfer process is dominant in the near-wall region for the cooled wall

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Brillant, Guillaume. "Simulations des grandes échelles thermiques et expériences dans le cadre d'effusion anisotherme." Lyon, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISAL0030.

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Abstract:

La présente étude a pour objectif de développer des outils et des modèles pour la simulation des grandes échelles en thermique dans le cadre d'un écoulement turbulent perturbé par de l'effusion anisotherme. En outre, des mesures expérimentales sont effectuées en vue de compléter et de valider les résultats obtenus ; dans un premier temps, nous avons développé une condition limite d'entrée de fluide pour la vitesse et la température qui permet l'établissement d'une couche limite thermique turbulente nécessaire à l'étude de l'effusion. Nous avons ensuite étudié le comportement asymptotique de la vitesse et de la température filtrées en proche paroi et avons déterminé le comportement pariétal des flux thermiques sous-mailles. Nous avons alors choisi d'utiliser et de tester des méthodes dynamiques du calcul des la diffusivité sous-maille sur la configuration d'un canal plan turbulent avec des conditions de paroi à température imposée, flux imposé et de paroi adiabatique. L'étude, à la fois numérique et expérimentale, de l'effusion nous a permis d'évaluer l'impact de l'effusion anisotherme sur une couche limite turbulente. Nous avons notamment étudié l'impact de l'effusion sur les profils moyens et fluctuants de la vitesse et de la température mais aussi sur les profils des fluctuations vitesse-vitesse et vitesse-température. Par ailleurs, nous avons noté que l'effusion favorise le développement des structures tourbillonnaires dans la couche limite
The aim of this work is to study thermal large-eddy simulations and to determine the non-isothermal blowing impact on a turbulent boundary layer. An experimental study is also carried out in order to complete and validate simulation results. In a first time, we developed a turbulent in let condition for the velocity and the temperature, which is necessary for the blowing simulations. We studied the asymptotic behavior of the velocity, the temperature and the thermal turbulent fluxes in a large-eddy simulation point of view. We then considered dynamics models for the eddy-diffusivity and we simulated a turbulent channel flow with imposed temperature, imposed flux and adiabatic walls. The numerical and experimental study of blowing permitted to obtain to the modifications of a thermal turbulent boundary layer with the blowing rate. We observed the consequences of the blowing on mean and rms profiles of velocity and temperature but also on velocity-velocity and velocity-temperature correlations. Moreover, we noticed an increase of the turbulent structures in the boundary layer with blowing

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Joishi, Manoj. "Numerical investigation of particle deposition in a turbulent boundary layer with forced turbulence in the external flow." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0251.

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Abstract:

Le dépôt de particules sur une paroi joue un rôle significatif dans les procédés polyphasiques fluide-solides, tels que la séparation inclusionnaire dans les poches d'acier liquide en métallurgie secondaire qui permettent de contrôler la propreté du métal avant solidification. L'objectif de ce travail est d'étudier le dépôt turbulent et la capture de particules sur une paroi, dans des situations où la turbulence au sein de la couche limite est produite à la fois par la contrainte pariétale et par les forces d'agitation du bain liquide loin de cette paroi. Les simulations sont mises en œuvre à l'échelle mésoscopique, en considérant des particules ponctuelles mais avec une turbulence complètement résolue. Un code de simulation maison a été développé, utilisant une méthode de Boltzmann sur réseau pour résoudre la dynamique de l'écoulement et en appliquant un forçage linéaire isotrope pour générer artificiellement la turbulence loin de la paroi. Le suivi lagrangien de particules permet enfin d'établir un couplage faible entre le mouvement des particules et l'écoulement turbulent. Ces techniques numériques ont été appliquées à la simulation directe d'une couche limite turbulente dans laquelle les particules de taille plus petite que l'échelle de Kolmogorov sont introduites. Les mécanismes de dépôt pour des aérosols ont été analysés et une loi statistique de vitesse de dépôt en fonction du nombre de Stokes a été extraite et comparée à la littérature. L'ensemble de ces simulations permet une meilleure compréhension des mécanismes de dépôt et de capture, en fonction de la turbulence du fluide au sein de la couche limite et des propriétés des particules. De plus, les résultats préliminaires obtenus pour des particules hydrosols, qui correspondent à des conditions qui prévalent pour des inclusions dans les poches d'acier liquide, ont montré que l'outil numérique peut être appliqué à l'étude quantitative de la capture inclusionnaire aux parois des réacteurs métallurgiques
Deposition of particles on a wall plays a significant role in fluid-solid processes such as inclusions recovery from liquid steel in ladle furnace, that controls inclusion cleanliness upstream from solidification. The aim of this work is to study the turbulent deposition and capture of particles on a wall, in a situation where turbulence in the boundary layer originates both from wall shear and from agitation in the external flow. In a ladle furnace, such an agitation would result from bubble injection. A framework for simulations at mesoscopic scale in which particles are represented as points but the turbulence is fully resolved has been developped using an in-house solver, where a Lattice Boltzmann Method (LBM) solves flow dynamics and linear isotropic forcing generates artificial turbulence. Lagrangian Particle Tracking (LPT) is used to achieve one way coupling between particle motions and turbulent flow. These numerical methods were applied to Direct Numerical simulation (DNS) of a fully developed turbulent boundary layer in which particles smaller than the Kolmogorov length scale are introduced. The deposition mechanisms in aerosol conditions have been analyzed and quantified into a statistical law for deposition velocity in terms of Stokes number, and validated against data from the literature. Such simulations have provided a better understanding of deposition and capture mechanisms, depending on the turbulent flow in a wall boundary layer and on particle physical properties. Also, preliminary simulations in hydrosol conditions that match actual ladle operation have shown that the framework developed in this work can be applied to investigate inclusion behavior in secondary steel-making although statistical analysis in this work focused on aerosols

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Darbieu, Clara. "Processus turbulents dans la couche limite atmosphérique pendant la transition d'après-midi." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30326/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de la transition d'après-midi (TA) de la couche limite atmosphérique (CLA). La TA est une période complexe du cycle diurne, de par son manque de stationnarité et parce qu'elle est régie par un ensemble de forçages qui faiblissent et dont les rôles respectifs changent par rapport à ce qu'ils ont pu être durant la période convective. Il résulte une moins bonne compréhension de cette période que des régimes quasi-stationnaires convectifs, neutres ou stables. La TA pourrait conditionner l'établissement du brouillard nocturne, influencer le développement de la couche limite du lendemain et être une phase clé du cycle diurne pour la ventilation des espèces en trace vers l'atmosphère libre. Par conséquent, de meilleures description et compréhension de la TA pourraient améliorer les modèles météorologiques et de qualité de l'air. Les principaux objectifs de la thèse ont été de mieux comprendre comment la turbulence décroît pendant la TA en mettant l'accent sur l'évolution de la structure verticale de la turbulence lorsque les transferts d'énergie en surface diminuent progressivement, et sur le rôle que joue la surface à ce moment particulier du cycle diurne. Le projet international BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) a servi de cadre à cette thèse. La campagne de mesures qui s'est déroulée en été 2011 sur le Plateau de Lannemezan, au nord de la chaîne Pyrénéenne, a fourni les nombreuses observations utilisées dans cette thèse. Une approche complémentaire aux observations est l'utilisation d'un modèle atmosphérique permettant de résoudre explicitement les échelles de la turbulence (LES)
This thesis focuses on the afternoon transition (AT) of the atmospheric boundary layer (ABL). This transitional period is complex, because it is non-stationary and most of the forcings, though smaller than during the previous convective period, may come into play. Thus, this transitional period is less understood than the quasi-stationary convective, neutral or stable regimes. Yet, the AT could impact on the nocturnal fog set up, influence the boundary-layer development on the following day and play a crucial role in the transport and dispersion of pollutants and trace species towards the free troposphere. Therefore, a better understanding of the AT could improve the meteorological models. One of the main objectives of the thesis is to improve the knowledge of the decay of turbulence during the AT, when the surface energy transfers are gradually decreasing. We especially put emphasis on the evolution of the ABL turbulence vertical structure. This work is in the core of the BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) international project. A field campaign took place in summer 2011 in France, on the northern side of the Pyrenean foothills (at "Plateau de Lannemezan"), providing numerous observations used in the thesis. In addition, we also used a Large-Eddy Simulation (LES) with which the turbulent scales can be explicitly resolved. Thanks to this approach, the evolution during the AT of the scale definitions, scaling laws, turbulence characteristics and of the role of the boundary layer processes are now better understood. Thanks to the set of observations, an overview of the BLLAST ATs has been done, according to the various meteorological conditions as well as the structure and evolution of the mean and turbulence structure of the ABLs. A large variability of the AT duration was observed, depending on the surface characteristics and atmospheric conditions. The evolution of the turbulent characteristics during the AT has been studied at the surface and higher in the ABL by means of aircraft measurements and LES data. The study points out the LES ability to reproduce the turbulence evolution throughout the afternoon

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Devaux, Nicolas. "Modélisation des tensions de Reynolds : application au calcul de l'écoulement autour d'automobiles." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2296.

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Abstract:

Le but de cette these est de simuler a l'aide d'un code de calcul les ecoulements tridimensionnels, incompressibles et turbulents autour de vehicules automobiles. La technique utilisee est celle des elements finis. Nous traitons la turbulence par une approche statistique classique en resolvant les equations completes de navier-stokes moyennees. Nous nous sommes interesses au modele a une equation de wolfstein, utilisable jusqu'aux parois solides. Ensuite, nous nous sommes interesses au modele k-epsilon avec une loi de paroi. Enfin, nous avons etudie assez precisement un modele assez frequemment utilise, dit modele algebrique des tensions de reynolds. Celui-ci est analogue aux modeles differentiels des tensions de reynolds mais les equations differentielles sont remplacees par des equations algebriques. Notre etude montre que le modele algebrique des tensions de reynolds donne une solution unique dans un ensemble facilement identifiable (proche d'une turbulence isotrope) pour des ecoulements avec de faibles gradients de vitesse mais qu'en general plusieurs solutions existent pour un gradient de vitesse quelconque. Apres application a divers cas-tests, les differents modeles ont ete utilises pour calculer l'ecoulement autour d'un vehicule automobile

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Shahab, Muhammad Farrukh. "Etude numérique de l'influence de l'impact d'une onde de choc et d'un transfert de chaleur sur une couche limite en développement." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0020.

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Abstract:

Dans l'optique de développer à terme des modèles pertinents et in fine améliorer le design de véhicules supersoniques, cette étude propose une analyse détaillée de l'influence d'un choc et d'un transfert de chaleur sur la structure de la turbulence au sein d'une couche limite supersonique. La stratégie numérique utilisée repose sur des simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes à l'aide de schémas WENO et compact d'ordre élevé. Le développement complet de la couche limite est simulé à l'aide d'un forçage amont à la paroi afin de s'assurer du plus haut degré de réalisme dans la zone d'étude. Des conditions de séparation naissante et deux conditions thermiques de paroi (adiabatique et refroidie) sont considérées. L'analyse se concentre sur l'altération des caractéristiques moyennes et turbulentes à travers la zone d'interaction et au sein de la zone de relaxation, sur la base de profils moyens et de paramètres intégraux. L'amplification anisotrope des variables turbulentes est quantifiée tandis que les événements turbulents associés à la modification de la structure globale sont identifiés. La forte modification des champs thermiques moyens et turbulents par le refroidissement est mise en exergue, notamment la diminution significative des quantités turbulentes à travers la couche. Par ailleurs, la réduction à la fois des longueurs d'influence amont, de séparation et de relaxation est mise en évidence
As a prerequesite for relevant model development and improvement of design methodologies for supersonic vehicles, this study aims at investigating the influence of wall heat-transfer and shock interaction on the turbulence structure of supersonic boundary layers. The numerical strategy relies on the full resolution of threedimensional compressible Navier-Stokes equations by means of state-of-art high-order WENO and compact schemes. A fully-developped turbulent boundary layer is simulated by means of upstream wall perturbations triggering the transition in order to dispose of fully-reliable data upstream of the analysis region. Insipient separation conditions and two different wall thermal boundary conditions (adiabatic and cold) are considered. The analysis focuses on the evolution of mean and turbulent flow properties along the interaction region and in the relaxation region downstream of the shock-system. The strong influence of the mean pressure gradient is quantified through the analysis of mean flow profiles and boundary layer integral parameters. The anisotropic amplification of turbulent quantities through the interaction region is characterized and the turbulent events associated with the modification of the turbulence structure of the perturbed boundary layer are identified. The mean and turbulent thermal fields are shown to be strongly modified by the wall cooling which significantly dampens more particularly the turbulent thermal quantities levels across the boundary layer. In addition, a reduction of the upstream influence and separation lengths by the wall cooling are evidenced along with a faster recovery process downstream of the shock-system

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Hong, Ye. "Synthetic boundary condition for compressible near wall turbulence." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS262/document.

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Abstract:

La simulation numérique directe des couches limites turbulentes nécessite une résolution spatiale élevée, en particulier proche des parois afin de capturer les différentes échelles de longueur inhérentes à la turbulence. Pour réduire le coût de calcul lié à la haute résolution spatiale, nous étudions les techniques qui éliminent la région de paroi en utilisant une condition aux limites artificielle aux bords d’un domaine de calcul réduit. Une stratégie de reconstruction basée sur la POD est mise en œuvre afin de générer des conditions aux limites synthétiques permettant de récupérer les caractéristiques spatiales et dynamiques correctes de la turbulence dans la région centrale du canal. La condition aux limites a été testée à deux hauteurs différentes. Les statistiques du canal réduit ont été comparées à celles du canal complet prise comme valeur de référence. Une bonne concordance est observée pour le profil de vitesse moyenne et la contrainte de cisaillement turbulente. La procédure s’est avérée robuste à la hauteur à laquelle la condition aux limites est imposée et permet une réduction drastique des coûts de calcul
Direct Numerical Simulation of turbulent boundary layers requires a high spatial resolution specially near the wall to capture the different length scales inherent of turbulence. To reduce the computing cost related to the high spatial resolution, we investigate techniques that bypass the wall region by using an artificial boundary condition at the bound of a reduced computational domain. A reconstruction strategy based on POD is implemented in order to generate synthetic boundary conditions such that the correct spatial characteristics and dynamics of the turbulence are recovered in the core region of the channel. The boundary condition was tested at two different heights. Statistics in the reduced channel were compared with those of a reference case. A good agreement is observed for the mean velocity profile and the turbulent shear stress. The procedure was found to be robust with the boundary height and results in a drastic computational cost reduction

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Cabrit, Olivier. "Modélisation des flux pariétaux sur les tuyères des moteurs à propergol solide." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20239.

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Abstract:

Les tuyères des moteurs à propergol solide sont soumises à des flux pariétaux intenses. Les composites carbone/carbone sont alors retenus pour assurer l'intégrité des composants. Outre leurs excellentes propriétés thermo-mécaniques, ces matériaux sont exposés au phénomène d'ablation : réaction chimique hétérogène de surface entre le matériau et les espèces oxydantes de l'écoulement. D'une certaine façon, cette spécificité protège la structure car elle permet de réduire considérablement le flux de chaleur entrant dans le solide. En contrepartie, le phénomène doit être parfaitement contrôlé car il s'accompagne d'une récession de la surface. La prédiction des flux pariétaux de masse, de quantité de mouvement, et de chaleur, est donc un point crucial pour la conception des tuyères. La simulation numérique fait maintenant partie des outils de conception incontournables pour la mise au point de nouvelles tuyères. Néanmoins, au vu de la puissance des calculateurs disponibles, l'emploi de modèles de paroi est une étape nécessaire pour pouvoir simuler ces écoulements à l'échelle 1. Dans ce cadre, on présente une série de simulations numériques directes dont l'analyse permet d'élaborer des nouvelles lois de paroi intégrant plusieurs phénomènes physiques complexes qui modifient le comportement "classique" de la couche limite turbulente : dilatabilité de l'écoulement, influence de l'aspect multi-espèces réactif du fluide, nombre de Prandtl non unité, transfert radiatif, gradient de pression longitudinal, et ablation des parois. La mise en oeuvre de ces modèles est dès à présent envisageable
The nozzles of solid rocket motors must resist to severe wall fluxes. Carbon/carbon composite materials are then chosen to insure the structure integrity. In spite of their excellent thermo-mechanical properties, these materials are exposed to the ablation phenomenon: chemical oxidation of the solid material by the combustion products. On the one hand, this feature protects the nozzle structure since this process considerably reduces the wall heat flux. On the other hand, the ablation process must be perfectly controlled because of the geometrical changes induced by the surface recession. The assessment of mass/momentum/heat fluxes at the wall is thus a crucial part for the nozzle design. Numerical simulations are nowadays commonly used to define new nozzles. However, considering the power of the available computers, the use of wall models is a necessary step to simulate full scale devices. With this framework, one presents a set of direct numerical simulations whose analysis allows to derive new wall functions integrating several complex physical aspects that modify the "classical" behavior of the turbulent boundary layer: multicomponent reacting compressible flow, with non-unity Prandtl number, radiative transfer, streamwise pressure gradient, and wall ablation. These new models are now ready to be tested on realistic configurations

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Sartor, Fulvio. "Unsteadiness in transonic shock-wave/boundary layer interactions : experimental investigation and global stability analysis." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4705.

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Abstract:

Dans cette étude nous considérons l'interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente sur un écoulement transsonique sur une bosse d'un point de vue expérimentale et théorique.Des mesures expérimentales ont permis de montrer que l'interaction est caractérisée par la coexistence de deux fréquences caractéristiques distinctes, mais l'origine des oscillations est controversée. Des simulations numériques permettent une description de l'écoulement moyen, mais ne sont pas capables de reproduire le comportement instable de l'interaction. Nous proposons d'abord une étude de stabilité globale: une décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé indique que l'interaction est un phénomène stable, et la dynamique de l'écoulement ne peut pas être décrite par un mode global instable.Nous considérons ensuite une approche linéarisée, où la réceptivité de l'écoulement à un forçage externe est analysée à travers une décomposition en valeurs singulières du Résolvant global. Cette nouvelle approche est proposée afin d'expliquer le processus de sélection de fréquence dans cet écoulement, et montre que l'interaction filtre et amplifie le bruit résiduel existant.La même approche est enfin appliquée sur un cas d'écoulement transsonique autour d'un profil d'aile, qui peut présenter des oscillations périodiques de l'onde de choc. La décomposition en valeurs propres de opérateur de Navier-Stokes linéarisé est capable de décrire la dynamique du choc, tandis que la décomposition en valeurs singulières du Résolvant global peut indiquer la présence des instabilité convectives
A transonic interaction between a shock wave and a turbulent boundary layer is experimentally and theoretically investigated. The configuration is a channel flow over a bump, where a shock wave causes the separation of the boundary layer and a recirculating bubble is observed downstream of the shock foot.The mean flow is experimentally investigated by means of PIV, then different techniques allows to identify the main unsteadiness of this shock-wave/boundary-layer interaction. As recognised in similar configurations, the flow presents two distinguished characteristic frequencies, whose origins are still unknown.Numerical simulations are performed solving RANS equations. Results are in good agreement with the experimental mean flow, but the approach fails to predict the unsteady. The solution of RANS equations is then considered as a base flow, and a global stability analysis is performed. Eigenvalue decomposition of the Navier-Stokes operator indicates that the interaction is stable, and the dynamics cannot be described by unstable global modes.A linearised approach based on a singular-value decomposition of the Resolvent is then proposed: the noise-amplifier behaviour of the flow is highlighted by the linearised approach. Medium-frequency perturbations are shown to be the most amplified in the mixing layer, whilst the shock wave behaves as a low-pass filter.The same approach is then applied to a transonic flow over a profile, where the flow can present high-amplitude shock oscillations. The stability analysis can describe both the buffet phenomenon when an unstable mode is present, and the convective instabilities responsible of medium-frequency unsteadiness

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Soeiro, Pereira Anselmo. "Transient aspects of the polymer induced drag reduction phenomenon." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10138/document.

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Abstract:

La dilution en faible concentration de chaînes polymériques longues dans un fluide newtonien peut réduire la traînée turbulente, phénomène nommé ici DR (drag reduction). Les polymères s’étirent et s’enroulent successivement, en interaction avec les structures turbulentes, imposant à DR un comportement transitoire. Il en résulte que la DR traverse trois stades. Lors du premier, la DR démarre à zéro et descend à des valeurs négatives en raison d’un étirement considérable du polymère au début du processus, ce qui exige de l’énergie de l’écoulement. Une fois atteint le niveau minimal de réduction de la traînée, les polymères commencent leur cycle d’étirement-enroulement et la DR augmente en réponse au développement de structures turbulentes, pour en arriver à une valeur maximale, menant au début du deuxième stade. Cependant, les polymères peuvent subir une dégradation mécanique à la suite d’un étirement polymérique intense. Lorsque la dégradation polymérique devient assez prononcée, la DR redescend pour atteindre une valeur finale qui indique que la dégradation s’est arrêtée. Le processus de dégradation polymérique caractérise le troisième stade. Dans le présent travail, ces trois stades sont examinés à l’aide de simulations numériques directes d’écoulements turbulents viscoélastiques FENE-P en géométries du type Poiseuille plan et Couette plan, sur un large éventail de nombres de Reynolds, de nombres de Weissenberg et d’extension maximale de la chaîne polymérique. Les deux premiers stades sont étudiés à partir des analyses tensorielle, énergétique et spectrale. Un nouveau modèle de dégradation polymérique est proposé afin de reproduire numériquement le stade final
The addition of a small amount of polymers of high molecular weight can lead to a pressure drop decrease in turbulent flows. The polymers successively stretch and coil by interacting with the turbulent structures, which imposes a transient behaviour on the drag reduction (DR). As a result, DR undergoes three stages over time: A, B, and C. In stage A, DR departs from zero and assumes negative values due to a significant polymer stretching at the beginning of the process, which requires energy from the flow. After the minimum DR is reached, the polymers start their coil-stretch cycle and DR increases in response to the development of turbulent structures, achieving a maximum value, which makes for the beginning of stage B. However, during their coil-stretch cycle, polymers can be mechanically degraded as a result of an intense polymer stretching, which reduces their ability to act as energy exchange agents. Hence, when polymer degradation becomes pronounced, DR decreases until achieving a final value. The polymer degradation process characterizes the stage C. In the present work, numerical analyses are conducted aiming to investigate the stages A, B and C. The transient aspects of the polymer induced drag reduction phenomenon are explored with the aid of direct numerical simulations of turbulent plane Poiseulle and Couette flows of viscoelastic FENE-P fluids taking into account a large range of Reynolds number, Weissenberg number and maximum polymer molecule extensibility. Stages A and B are carefully studied from tensor, energy budget and spectral perspectives. A polymer scission model is developed in order to numerically reproduce the stage C

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Méndez, Margio González. "Simulations numériques de la transition de la couche limite sur une surface concave : application à la conception des éoliennes à axe vertical de type Savonius Heat-transfer analysis of a transitional boundary layer over a concave surface with Görtler vortices by means of direct numerical simulations Boundary layer transition over a concave surface caused by centrifugal instabilities." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMIR05.

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Abstract:

Des simulations numériques directes (DNS) sont calculées aﬁn d’étudier le processus complet de transition laminaire-turbulent d’une couche limite qui se développe sur une surface concave. On constate que l’écoulement traversant une telle géométrie est susceptible de développer des instabilités centrifuges sous forme de tourbillons de Görtler. La transition est déclenchée au moyen d’éléments de rugosité de paroi qui sont également utilisés pour prédéfinir la longueur d’onde transversale des tourbillons de Görtler. Les différentes régions rencontrées dans le processus de transition, c’est-à-dire linéaire, non-linéaire, transition et complètement turbulente, sont identifiées et caractérisées. Les instabilités primaires et secondaires (sinueux et variqueux) sont également identifiées et analysées. Des études paramétriques montrant l’effet de plusieurs paramètres physiques (le rayon de courbure, la longueur d’onde des tourbillons, l’amplitude et la localisation de la perturbation, et la géométrie des éléments de rugosité de paroi) sur le point de départ de la transition sont présentées. De plus, des analyses thermiques sont menées aﬁn d’étudier la modification de la couche limite thermique produite par le mouvement rotatif des tourbillons de Görtler. L’évolution du transfert thermique de la surface est étudiée et on constate qu’il est considérablement augmenté dans la région non-linéaire dépassant les valeurs de la région turbulente. On constate également que l’analogie de Reynolds entre la quantité de mouvement dans le sens de l’écoulement et le transfert de chaleur est suivie tout au long du processus de transition
Direct numerical simulations (DNS) are computed in order to study the complete laminar-to-turbulent transition process of a boundary layer developing over a concave surface. It is found that the ﬂow passing through such geometry is prone to develop centrifugal instabilities in the form of Görtler vortices. Transition is triggered by means of wall-roughness elements that are also utilized to preset the spanwise wavelength of the Görtler vortices. The different regions encountered in the transition process, i.e. linear, nonlinear, transition, and fully turbulent, are identiﬁed and characterized. Primary and secondary (varicose and sinuous) instabilities are identiﬁed and analyzed as well. Parametric studies showing the effect of several physical parameters (radius of curvature, the vortices wave-length, the perturbation amplitude and streamwise location, and the wall-roughness perturbation geometry) on the transition starting point are presented. Furthermore, thermal analyses are conducted in order to study the modiﬁcation of the thermal boundary layer due to the Görtler vortices swirl motion. The streamwise evolution of the surface heat transfer is investigated ﬁnding that it is considerably enhanced in the non-linear region surpassing the turbulence-region values. It is also found that the Reynolds analogy between streamwise-momentum and heat transfer is followed throughout the whole transition process

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Hadjadj, Abdellah. "Analyse physique et simulation numérique des écoulements compressibles ; application aux tuyères de propulseurs." Phd thesis, Université de Rouen, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011622.

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Abstract:

Cette thèse étudie essentiellement des phénomènes touchant au domaine aéronautique et spatial. Elle traite l'examen par simulations numériques des écoulements dans les tuyères de moteur fusée, les écoulements d'arrière-corps, et les écoulements dans les entrées d'air supersoniques. La motivation principale de ce travail a été de comprendre les différents facteurs qui gouvernent ces écoulements. Le mémoire est organisé en huit chapitres et aborde successivement les modèles mathématiques, leur intégration numérique et l'exploitation des résultats obtenus dans un but de compréhension des phénomènes physiques rencontrés dans des configurations d'écoulements pratiques. Faisant suite au chapitre 1, introductif au contenu de la thèse, le chapitre 2 est consacré au développement des modèles physiques et mathématiques. Le chapitre 3 décrit la méthode numérique utilisée. Le chapitre 4 traite le problème délicat des conditions aux limites. Le chapitre 5, quant à lui, étudie le décollement de jets dans les tuyères de moteurs fusées. L'attention est portée sur les phénomènes apparaissant à l'intérieur de la tuyère (position du point de décollement, développement des structures tourbillonnaires à l'amorçage de la tuyère, apparition du phénomène de réflexion de Mach). Le chapitre 6 est consacré à l'étude détaillée des écoulements d'arrière-corps. Le chapitre 7 concerne les interactions de chocs, en particulier les transitions possibles entre réflexion régulière et réflexion de Mach. Le document se termine par une conclusion générale qui fait l'objet du chapitre 8 et reprend les objectifs du travail et les principaux résultats obtenus.

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Alferez, Nicolas. "Simulation des grandes échelles du processus de décrochage par éclatement de bulbe de décollement laminaire." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01011273.

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Abstract:

On se propose d'analyser le régime transitoire de décrochage à l'aide de la simulation numériqueinstationnaire de type DNS. Cette approche permet de reproduire avec fidélité l'écoulementdans la région critique de Bulbe de Décollement Laminaire au bord d'attaque, encoreimpossible à modéliser ou mesurer avec précision. Après une étape de validation, la sensibilitédu BDL au niveau de turbulence extérieure est étudiée et comparée favorablement à celleétablie récemment dans la littérature. La phase d'établissement du décollement massif depuisle BDL est reproduite en réalisant de petites variations d'incidence à travers l'angle critiqued'apparition du décrochage. Ce raisonnement "aux petites perturbations" permet de reproduirel'éclatement du BDL communément rattaché au décrochage statique. La déstabilisation de larégion de BDL est alors étudiée à l'aide d'une base de données instationnaires et moyennes quipermet pour la première fois de rendre compte des déformations 3D du BDL. Conservant ceprotocole, et faisant varier la vitesse du profil, on est en mesure d'évaluer l'influence de cettedernière sur le régime transitoire. Des mouvements de rotation de plus forte amplitude angulaireont permis de mettre en évidence un mécanisme de décrochage sensiblement différent duprécédent. La couche de mélange surplombant le BDL s'enroule alors pour donner naissance àun tourbillon énergétique (Leading Edge Vortex), communément associé au décrochage dynamique.Enfin, l'analyse du champ de vitesse moyen a permis de valider un critère empiriqued'apparition de l'éclatement du BDL, qui s'est révélé pertinent aussi bien pour les mouvementsde faible amplitude que ceux plus amples.

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Ma, Wei. "Experimental investigation of corner stall in a linear compressor cascade." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00728374.

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Abstract:

In applied research, a lack of understanding of corner stall, i.e. the three-dimensional (3D) separation in the juncture of the endwall and blade corner region, which has limited the efficiency and the stability of compressors. Both Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES) still need to be calibrated for turbomachinery applications. In the fundamental research of the turbulent boundary layer (TBL), there are a lot of findings of the effects of curvature and pressure gradients, which also play an important role in physics of corner stall. The purpose of this thesis is (i) to carry out an experiment in a cascade, (ii) to gain a database that could be used to calibrate both RANS and LES, and (iii) to give some basic explanations of corner stall through investigating the TBL on the suction side at the mid-span which is more complex than those in the basic investigations but simpler than those in a real engine. A detailed and accurate experiment of 3D flow field through a linear compressor cascade has been set up. Experimental data were acquired for a Reynolds number of 3.82×10 ^5 based on blade chord and inlet flow conditions. Measurements have been achieved by hot-wire anemometry, pressure taps on blade and endwall, five-hole pressure probe, oil visualization, 2D particle image velocimetry (PIV),and two-component laser Doppler anemometry (LDA). An original and complete database was thus obtained. The TBL on the suction side at mid-span was investigated. The wall-normal negative pressure gradient restrains the separation, on the contrary to its influence in the corner stall. The streamwise adverse pressure gradient can be responsible for the development of Reynolds stresses. The remarkable phenomenon at measurement stations near the trailing edge of blade is that an inflection point occurs in each profile of the mean streamwise velocity. At this inflection point, the magnitudes of the Reynolds stresses reach their maximum values, and the direction of energy diffusion also changes. The velocity field in the corner stall was presented. Bimodal histograms of velocity exist in the experiment. The bimodal points mainly appear in the region around the mean interface of separated flow and non-separated flow. At a bimodal point the local two velocity components are non-independent from each other, due to the aperiodic interplay of two basic modes in the flow field. Two modes were proposed to interpret the physics of bimodal behaviour.

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Hernandez, Fabrice. "Comparaison et combinaison de données altimétriques et lagrangiennes. Application à la campagne SEMAPHORE-93." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30295.

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Abstract:

Cette these porte sur l'etude de l'ocean a travers des mesures satellitales et lagrangiennes. Les satellites altimetriques fournissent une mesure de la topographie de la surface des oceans, donc des courants geostrophiques. On suit aussi les courants marins a travers les trajectoires argos des bouees derivantes. On compare puis combine les donnees altimetriques et lagrangiennes, qui decrivent chacune en partie la circulation oceanique. Deux zones sont distinctes sont etudiees. Le pacifique tropical, avec les donnees altimetriques de geosat et les bouees derivantes du programme toga durant la periode 1987-1989, pour comparer leurs composantes oceaniques a grande echelle. Puis l'atlantique nord-est, dans le bassin acores-canaries, pour etudier la circulation mesoechelle associee au courant des acores, a l'aide des mesures de semaphore-93. Une etude de strategie de lacher des flotteurs a ete effectuee lors de la preparation de cette campagne, par une optimisation de la distribution des bouees a l'aide d'un algorithme genetique. On montre que le deploiement des bouees doit etre decale vers l'ouest de la zone, avec une distance optimale de 90-100 km entre chacune des bouees. Les donnees oceaniques de la campagne sont comparees aux mesures altimetriques des missions topex/poseidon et ers-1. Le lacher de plus de 100 bouees derivantes de trois types differents ainsi que les mesures hydrologiques de juillet a novembre 1993 nous permettent de 1) verifier la precision des donnees altimetriques, meilleure que 5 cm ; 2) mettre en evidence l'apport de l'altimetrie pour la cartographie de la circulation oceanique ; 3) quantifier la dynamique de cette zone de l'ocean, en termes de circulation moyenne, de dispersion lagrangienne et de turbulence mesoechelle (tenseur de reynolds). Enfin, on etudie la composante ageostrophique du courant en surface en comparant les trajectoires de differents types de bouees et le vent

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Viala, Stéphane. "Effets de la compressibilité et d'un gradient de pression négatif sur la couche limite turbulente." Toulouse, ENSAE, 1995. http://www.theses.fr/1995ESAE0001.

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Abstract:

Trois aspects des couches limites turbulentes sont abordés, tant au niveau de la compréhension des phénomènes, que de leur modélisation. Le retour vers l'état laminaire d'une couche limite turbulente soumise à un fort gradient de pression négatif est d'abord analysé. Il s'avère que les modèles de turbulence utilisant des fonctions d'amortissement ne dépendant que du nombre de Reynolds turbulent sont bien adaptés pour prévoir la relaminarisation. Les autres modèles peuvent être corrigés en reliant l'épaisseur de sous-couche visqueuse au gradient de pression ou en altérant l'équilibre imposé dans la région logarithmique. Ces modifications sont validées sur des expériences et des simulationq numériques directes. Les types d'accélération considérés vont des écoulements de puits aux détentes centrées supersoniques. L'amélioration des résultats est conséquente si l'on reste dans le domaine d'application des hypothèses d'élaboration des modèles. Du fait des nombres de Reynolds rencontrés dans les couches limites relaminarisantes, les performances des modèles de turbulence à bas nombre de reynolds sont également étudiées. Enfin, le dernier aspect abordé concerne la compressibilité de l'écoulement. A l'opposé des couches de mélange, le champ turbulent reste incompressible dans une couche limite, même si le champ moyen est fortement compressible. La sous-évaluation du frottement pariétal par les modèles de turbulence classiques n'est donc pas un problème de turbulence compressible. D'abord, l'extension des fonctions d'amortissement pour des couches limites à grande vitesse est discutée. L'élaboration d'une fonction d'amortissement est proposée pour un modèle à deux couches. On montre ensuite que l'équilibre dans la région logarithmique des modèles à équations de transport est détruit par les variations de la masse volumique. Pour remédier à ceci, deux modifications de l'équation pour la dissipation sont proposées et testées. Les concepts développés ont été validés sur une large plage de nombres de Mach et de températures de paroi.

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Briand, Emmanuel. "DDynamique des structures cohérentes en couche limite transitionnelle et turbulente étudiée par simulation des grandes échelles." Grenoble INPG, 1999. http://www.theses.fr/1999INPG0144.

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Abstract:

La dynamique des structures coherentes en couche limite transitionnelle et turbulente est etudiee par simulation des grandes echelles. Une comparaison est effectuee dans la zone de croissance des instabilites entre notre code et un code pse non-lineaire. On montre que les resultats concordent et que les pse non-lineaires restent valides jusqu'a leur point d'arret. Trois type de transitions sont utilisees. La premiere et la seconde sont des transitions controlees faisant intervenir respectivement des resonances harmoniques et sous-harmonique. La troisieme reproduit le phenomene d'intermittence en modulant l'amplitude des perturbations incidentes. L'analyse statistique des correlations transverses de vitesse revelent que l'abscisse d'apparition des echelles transverses du systeme courants haute-basse vitesse se situe largement en amont de la turbulence developpee. Les visualisations montrent que cette echelle est liee a la largeur des tourbillons longitudinaux qui forment les structures en lambda transitionnelles. La topologie des structures turbulentes est retrouvee dans la zone de transition tardive, dans la zone de turbulence developpee et dans les fronts de propagation des spots. L'analyse de la dynamique de ces structures permet de mettre en evidence trois mecanismes d'interaction et deux vitesses de propagation caracteristiques de la turbulence (0. 9 u et 0. 6 u). La premiere est liee a l'interaction entre les zones externe et interne, elle est responsable de la propagation de la turbulence dans un milieu laminaire. La seconde est liee a la vitesse de propagation des tourbillons longitudinaux et a la regeneration de la turbulence.

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Rebaine, Ali. "Simulation d'écoulements internes compressibles laminaires et turbulents par une méthode d'éléments finis." Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 1997.

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Nguyen, Thi Phuong. "Simulation numérique et analyse physique des couches limites turbulentes compressibles sous l'influence des gradients de pression." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT041H.

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Abstract:

Ce travail est consacre à la modélisation numérique et l'analyse physique des couches limites compressibles soumises à des gradients de pression favorables et adverses. Dans la première partie, une couche limite incompressible sans gradient de pression est calculée par un code de calcul de type parabolique. Les résultats théoriques et expérimentaux nous ont permis de valider ce code et d'évaluer la performance des différents modèles de turbulence a deux équations. Ensuite, nous étudions les effets de la compressibilité. L'extension des fonctions d'amortissement des modèles classiques de type k - e aux écoulements compressibles est discutée. Les résultats comparés avec les données expérimentales nous montrent la capacité des modèles de décrire des couches limites compressibles. Dans la dernière partie, le code de calcul est appliqué aux écoulements compressibles à des gradients de pression favorables et adverses. Les effets des gradients de pression sur les couches limites subsoniques sont analysés, et ensuite nous étudions les effets combinés des gradients de pression et de la compressibilité. Les performances de différents modèles dans ces configurations complexes sont évaluées.

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Tabloul, Samir. "Accroissement du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi." Valenciennes, 2006. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/1ede393d-918c-4d45-b28f-8d5f5e156ad0.

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Abstract:

Ce mémoire est consacré à l'étude du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi. Une première étude expérimentale (champ dynamique ainsi que coefficient de transfert de chaleur pariétal) a permis de mettre en évidence le caractère périodique de cette écoulement. Par ailleurs, des simulations bidimensionnelles RANS/URANS n'ont pas permis de reproduire le transfert convectif de façon satisfaisante. Dans ce contexte, le but de ce travail a consisté en la réalisation de mesures complémentaires, mais aussi en une meilleure modélisation des phénomènes physiques. Dans un premier temps, une revue bibliographique nous a permis d'identifier une forte similitude entre notre cas (barreau inclinée) et d'autres géométries (cylindre ou barreau rectangulaire). D'autre part, la mesure du champ de température, par thermocouple, a confirmé les hypothèses de la première étude. Dans un second temps, l'emploi des modèles de turbulence statistiques avec un maillage très fin, a permis d'avoir des résultats de transfert de chaleur encourageants, pour le modèle SST k-w, sans, toutefois, améliorer la pécision de la modélisation du champ dynamique. Par ailleurs, une simulation des grandes échelles (LES) a été réalisée. La difficulté de cette approche, dans notre cas (nombre de Reynolds élevé), réside dans le compromis à faire entre le nombre de mailles de calcul et la capture des phénomènes instationnaires. A ce titre, une stratégie de maillage par multiblocs, a permis de bien caractériser le champ dynamique et d'identifier le mécanisme de transfert de chaleur dans cette configuration
This dissertation deals with convective heat transfer in a turbulent boundary layer disturbed by a detached obstacle. A previous study devoted to the experimental measurement (velocity field and wall heat transfer) highlighted the periodic characteristic of this flow dynamics. While, two-dimensional simulations carried on, by RANS/URANS models, resulted in an unsatisfactory thermal field. In this context, the objective of the present study consisted in a complementary experimental investigation and a better modeling of the physical phenomena. First of all, a revised examination of the bibliographical work showed a close similarity between the phenomena encountered in our configuration (inclined rectangular rod) and other geometries (cylindrical or rectangular obstacle). Furthermore, temperature measurement, by a thermocouple, has confirmed the hypotheses of the first study. Secondly, two equation turbulence models was applied on a refined grid. In the case of the SST k-w model, encouraging results of heat transfer are obtained, without, however, improving the flow field. Moreover, a large eddy simulation (LES) has been conducted in this configuration. The main difficulty, in our case (high Reynolds number), is on the compromise between computational cells number and the capture of the unsteady phenomena. At this point, a multiblock strategy has made it possible to obtain a better flow field and to identify the heat transfer mechanism involved in this flow dynamics

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Wiplier, Olivier. "Étude numérique des instabilités d'un écoulement de couche limite en présence d'une paroi déformable." Lille 1, 1999. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1999/50376-1999-297.pdf.

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Abstract:

Le thème général du travail est la description de l'interaction entre une couche limite instable et une paroi souple, dans le cadre du contrôle de la transition de couches cisaillées par utilisation de parois souples. Une modélisation numérique est proposée afin de donner des éléments de réponse quant à l'influence de la présence d'une paroi souple sur le développement des instabilités. A cette fin, les équations de navier-stokes sont résolues dans une géométrie complexe due à la déformation de la paroi, cette dernière interagissant de manière passive avec l'écoulement. Pour la résolution numérique un changement de variables dépendant du temps, la géométrie est alors elle-même une inconnue du système, est opéré. Le système transformé est discrétisé en utilisant une méthode mixte différences finies d'ordre 4 - collocation Chebyshev. Le modèle numérique prend en compte des effets non parallèles et non linéaires pour correspondre à un modèle réaliste. D'abord, une étude de stabilité linéaire a été réalisée afin de faire l'inventaire des différentes sources d'instabilités qui existent dans ce système couple fluide-structure
En effet, mis à part l'onde de Tollmien-Schlichting, d'autres sources d'instabilités issues de l'interaction apparaissent. La résolution du système complet de Navier-Stokes couple au modèle dynamique de la paroi a permis ensuite de simuler simultanément ces sources d'instabilités et leurs interactions. La prise en compte de parois souples de longueurs finies a notamment permis de mettre en évidence des ondes progressives se propageant vers l'amont ou des déformées globales de la surface (induites par les non-linéarités). La recherche d'une instabilité absolue dans le système a été menée de manière systématique, à la fois par une étude linéaire de l'instabilité et par l'injection d'un signal impulsionnel dans le système global fluide-structure. Bien qu'il soit effectivement possible de réduire l'amplification de l'instabilité visqueuse par utilisation de parois souples, la paroi elle-même généré des ondes dont l'interaction avec celle du fluide peut conduire dans certains cas à une détérioration de la paroi par l'apparition possible d'un mécanisme d'instabilité absolue

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Marquillie, Matthieu. "Simulation numérique et étude de la stabilité d'un écoulement de couche limite décollé." Nice, 2003. http://www.theses.fr/2003NICE4050.

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Abstract:

La stabilité d’écoulements de couche limite décollés est étudiée par le biais de la simulation numérique. Le décollement est provoqué par une bosse montée sur une plaque plane. D’abord, un algorithme de résolution des équations de Navier-Stokes bidimensionnelles, basé sur un changement de variable, a été élaboré et validé. Au-delà d’un nombre de Reynolds critique, des oscillations auto-induites, caractérisées par des lâchers de tourbillons apériodiques, apparaissent. Il est montré que les écoulements stationnaires obtenus en deçà du nombre de Reynolds critique sont convectivement instable et que l’instabilité globale n’est pas reliée à des caractéristiques locales d’instabilités. Extrapolant l’écoulement au-delà du nombre de Reynolds critique, des éléments dont donnés afin de conforter l’hypothèse que l’instabilité globale observée coïncide avec des changements topologiques près du point de recollement menant à la rupture d’une zone de recirculation très allongée. L’utilisation d’une seconde bosse, localisée en aval de la première, a permis de stabiliser la bulle de recirculation. L’écoulement reste stationnaire, pour des nombre de Reynolds croissants jusqu’à l’obtention d’une région locale absolument instable. Les oscillations, non linéaires et saturées, sont strictement périodiques et il est montré que des critères de sélection de fréquence prédisent avec exactitude la fréquence globale. Une extension de l’algorithme de résolution des équations de Navier-Stokes dans la direction transverse de l’écoulement a ensuite permis de mettre en évidence l’apparition d’une perturbation tridimensionnelle stationnaire lors de l’augmentation du nombre de Reynolds
The stability of a separated boundary-layer flow has been investigated. Separation is triggered by a bump mounted on a flat plate. First, a numerical solution procedure of the two-dimensional Navier-Stokes equations, based on a mapping, has been elaborated and validated. Above a critical Reynolds number, self sustained low-frequency equations, characterized by aperiodic vortex shedding, appear. The computed steady flow states below the critical Reynolds number are shown to be convectively instable and the global instability is not related to local stability characteristics. Extrapolating the flow field to Reynolds number above criticality, some evidence is given that the onset of the oscillatory behaviour coincides with topological changes near the reattachment point leading to the rupture of the (elongated) recirculation bubble. Preventing the separation bubble from busting by means of a second bump further downstream, the separation flow remains steady for increasing Reynolds number, until a local region of absolute instability is produced. The self-sustained non-linear saturated oscillations are strictly periodic and a frequency selection criterion is shown to accurately predict the global frequency. An extension of the numerical solution procedure considering the third transverse direction has allowed to compute three-dimensional flow fields for the single bump configuration. Three-dimensional stationary perturbations are shown to appear for increasing Reynolds numbers

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Meister, Lionel. "Contribution à l'étude numérique de l'interaction choc / couche limite dans des écoulements hyper-enthalpiques." Aix-Marseille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX11052.

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Abstract:

Ces travaux portent sur l'étude numérique de l'interaction choc/couche limite, dans le domaine des écoulements de fluides compressibles et à grande enthalpie. Le code utilisé pour les simulations est CARBUR, développé au sein de l'équipe. Nous présentons dans une première partie l'implémentation de diverses conditions limites et modèles de turbulence (Baldwin-Lomax et Spalart-Allmaras) ainsi qu'un solveur de flux (AUSM). Chacune de ces implémentations est validée dans une deuxième partie. Enfin, nous présentons des simulations concernant la LEO, une tuyère d'éjection surdétendue du bloc moteur Vulcain d'Ariane. La LEO est fortement dégradée thermiquement en vol mais ce phénomène restait incompris. Par l'étude de l'influence de la température pariétale sur la position du point de décollement, de la réactivité des gaz éjectés et de la vitesse de la tuyère dans l'air ambiant (prise en compte du décollage), nos simulations apportent une explication de la dégradation de la LEO.

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Rampanarivo, Fano. "Etude du transfert convectif au sein d'une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi." Valenciennes, 2000. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/030d7ec4-0daf-431e-829a-d4b5f400742b.

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Abstract:

Cette étude porte sur l'amélioration du transfert convectif sur plaque plane par ajout d'éléments perturbateurs. L'objectif final de cet axe de recherche est de pouvoir conclure quant à l'utilisation d'obstacles décollés de la paroi en terme d'alternative fiable pour l'amélioration du transfert convectif sur plaque plane. Dans ce cadre, cette thèse constitue une première étape. Elle est consacrée à l'étude des phénomènes de transfert thermique autour d'un obstacle unique et bidimensionnel. Une étude bibliographique a permis de mettre en exergue la pertinence et l'intérêt de la présente étude. En effet, relativement peu d'études ont été consacrées à l'utilisation d'obstacles décollés de la paroi, ainsi qu'à la dynamique autour des obstacles. Une étude expérimentale est menée afin de caractériser l'influence des paramètres géométriques sur le transfert thermique et la dynamique autour de l'obstacle. La répartition du coefficient d'échange est obtenue par thermographie infrarouge, l'obstacle étant choisi dans un matériau semi-transparent aux rayonnements infrarouges (znse) pour obtenir le maximum d'information, même sous l'obstacle. Les mesures dynamiques sont effectuées à l'aide d'un fil chaud et d'une technique de PIV. L'interaction entre les structures de l'écoulement et le transfert thermique est mise en évidence. Par ailleurs, une étude numérique est effectuée dans le but de tester l'efficacité d'un code de calculs industriels quant à la prédiction des phénomènes convectifs sur plaque plane en présence d'un obstacle. Ainsi, l'étude expérimentale permet également de recueillir des données dans le but de les comparer avec les résultats issus du code de calculs, afin de conclure sur sa bonne utilisation quant à la prédiction des phénomènes de transfert pour ce type de configurations d'obstacles.

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Druault, Philippe. "Développement d'interfaces expérience/simulation : application à l'écoulement de couche de mélange plane turbulente." Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2354.

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Abstract:

Devant la difficulte de specifier en entree des simulations numeriques des conditions realistes d'ecoulements turbulents, on propose dans cette etude de realiser une interface experience/simulation permettant de generer en entree des calculs des donnees experimentales obtenues en une section longitudinale ou l'ecoulement est pleinement turbulent. Pour ce faire, on doit successivement realiser : 1) des mesures, 2) un traitement des donnees experimentales seulement disponibles en un nombre reduit de points afin de les adapter a l'entree de la simulation, et 3) une simulation utilisant les donnees reconstruites comme condition d'entree. Les possibilites d'interfaces sont analysees a partir d'un ecoulement de couche de melange plane turbulente. Une etude de faisabilite d'une telle interface est realisee dans un contexte numerique ou les donnees experimentales sont remplacees par des donnees issues d'un calcul auxiliaire. Une premiere analyse montre la necessite de conserver la coherence spatio-temporelle de l'ecoulement amont afin d'assurer son realisme lors de son developpement aval. Suivant la direction inhomogene transversale de l'ecoulement, l'estimation stochastique lineaire s'avere alors judicieuse pour reconstruire les donnees de vitesse a partir d'un nombre de sondes tres reduit. Les analyses menees dans ce travail permettent egalement d'envisager l'utilisation d'un code de calcul comme un outil de traitement de signal dynamique visant a finaliser l'optimisation des mesures. Parallelement a ces phases de validation, des mesures par anemometrie a fils chauds sont mises en uvre afin d'etablir une base de donnees tridimensionnelles. Celle-ci permet d'acceder aux trois composantes instantanees de la vitesse en une section longitudinale de l'ecoulement. Le traitement et l'analyse de ces donnees experimentales montrent qu'un acces au caractere tridimensionnel de l'ecoulement est possible.

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Sauvage, Renaud. "Étude des effets de compressibilité à grands nombres de mach par simulation numérique directe d'une couche cisaillée." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT053H.

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Abstract:

La simulation numérique directe est mise en oeuvre pour dégager les effets de compressibilité qui se manifestent dans les écoulements à grandes vitesses. La configuration de zone de mélange où ces phénomènes apparaissent et qui ne sont que partiellement expliqués, est retenue. La première phase consiste en la parallélisation et l'optimisation du code, ainsi qu'en l'implantation de conditions aux limites et à leur validation. Un code de stabilité linéaire non visqueuse est développé afin de générer le champ de perturbations initiales à l'aide des modes les plus instables. Après la mise en place de l'outil numérique, les nombres de Mach convectifs 0. 4, 0. 8, 1. 2 et 1. 6 sont traités. Les résultats ont permis de détailler la transition dont les mécanismes sont très différents à faibles et à forts nombres de Mach. L'apparition de chocs locaux de faible intensité dans les cas supersoniques a pu être également mise en évidence. Le traitement statistique et les bilans énergétiques de l'écoulement turbulent ont permis de dégager les termes prépondérants qui sont responsables des effets de compressibilité. A l'issue de ce travail, une base de donńées existe et peut être utilisée à l'amélioration des modèles de turbulence compressible.

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Gobert, Marie-Laure. "Etude de l'interaction entre un écoulement de couche limite instable et une structure déformable." Nantes, 2009. http://www.theses.fr/2009NANT2037.

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Abstract:

Ce travail, réalisé dans le cadre d'une convention de thèse Cifre avec Thales Underwater Systems, et cofinancé par DCNS, vise à améliorer la prédiction du bruit propre hydrodynamique d'une antenne sonar, dû aux fluctuations de pression dans la couche limite qui se développe le long du dôme. Les estimations de bruit reposent en général sur des modèles semi-empiriques qui ne tiennent que partiellement compte de la flexibilité du dôme. La présente étude reconsidère le problème du bruit hydrodynamique dans le cas-type simplifié d'une couche limite instable le long d'une plaque plane élastique. La première partie du travail est consacrée à la simulation numérique directe d’un écoulement de couche limite bidimensionnel, caractérisé par un nombre de Reynolds hautement supercritique, le long d’une paroi élastique encastrée. La résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles repose sur un changement de variables évolutif au cours du temps, associé à une discrétisation spatiale mixte différences finies – collocation Chebyshev. Une méthode de pas fractionnaire permet d’assurer un couplage fort entre le modèle de paroi élastique et le système fluide. Un forçage en vitesse est injecté dans ce dernier, à des fréquences instables et des amplitudes suffisamment élevées, afin de donner lieu à des instabilités convectives et saturées non linéairement, qui interagissent avec les mouvements de la paroi. Cette dernière vibre autour d'un état déformé initial résultant du couplage avec l'écoulement non perturbé. Des parois de longueurs et de matériaux variés ont été testées en vue de caractériser les vibrations, en termes de niveaux et de structures spatiales, ainsi que leur rétroaction sur les instabilités de l'écoulement, en fonction des valeurs des fréquences propres de la paroi. Dans les divers cas étudiés, on observe que le spectre de pression pariétale est enrichi par des composantes modales, à très bas nombres d'ondes et relativement hautes fréquences, qui peuvent donner lieu à un rayonnement plus important. Un post-traitement est mis en oeuvre afin d’estimer le bruit généré par les fluctuations de vitesse dans la couche limite. La pression rayonnée dans l’écoulement uniforme est évaluée à partir des données acquises au cours des simulations, dans le cadre de l’analogie de Lighthill. Le calcul, effectué dans le domaine spectral, repose sur l’utilisation d’une fonction de Green dont l’expression tient compte de la présence de la paroi souple. Dans cette approche, les vibrations de la paroi induisent à certaines fréquences, en particulier aux fréquences propres de la paroi, des niveaux de pression rayonnée supérieurs à ceux du cas rigide, en favorisant la présence de structures spatiales plus larges. D’autres modèles, élaborés à partir de la même formulation, mais tenant compte de la compressibilité de la couche limite dans le calcul des contributions vibratoires, mettent en évidence une nette augmentation des niveaux de pression rayonnée sur paroi souple dans une large gamme de fréquences, de part et d’autres des fréquences propres, lorsque ces dernières sont distinctes des fréquences de forçage, ainsi que l’apport de la prise en compte d’un couplage fort par rapport aux approches classiques basées sur une hypothèse de couplage faible. Enfin, une étude expérimentale en tunnel hydrodynamique est mise en place en vue de mesurer les vibrations d'une plaque élastique, encastrée dans un support rigide, et soumise à un écoulement transitionnel ou turbulent, ainsi que le bruit rayonné dans la cavité sous-jacente à la plaque, instrumentée avec un hydrophone. Les résultats de la campagne de mesures, qui repose sur les techniques de vibrométrie laser et de vélocimétrie laser Doppler, sont détaillés et analysés
This work, supported by Thales Underwater Systems through a Cifre thesis grant, and by DCNS, aims at improving the prediction of the hydrodynamic self-noise of a sonar antenna, due to the pressure fluctuations in the boundary-layer flow that develops along the dome. Noise estimations are generally based on semi-empirical models, that take only partially into account the dome flexibility. The present study readdresses the issue of the hydrodynamic noise, in the simplified archetype case of an unstable boundary layer flow along an elastic flat plate. The first part of the study consists in the direct numerical simulation of a two-dimensional boundary layer flow, characterized by a highly supercritical Reynolds number, over an elastic clamped plate. The incompressible Navier-Stokes equations are solved by means of a time-dependent mapping, associated to a mixed finite differences – Chebyshev collocation spatial discretization. A fractional step method enables a full coupling between the plate model and the fluid system. A velocity forcing is introduced in the latter, at unstable frequencies and high amplitudes, in order to give rise to convective and non-linearly saturated instabilities, which interact with the plate motions. The latter vibrates around an initial bent state resulting from the coupling with the non perturbed flow. Plates of various materials and lengths are tested, to characterize the vibrations, in terms of levels and spatial structures, as well as their retro-action on the flow instabilities, depending on the values of the plate natural frequencies. For the cases considered in the present investigation, we observe that the wall pressure spectrum possesses additional modal components, with very low wavenumbers and relatively high frequencies, which may give rise to increased radiation. A post-treatment is implemented to estimate the noise generated by the boundary layer velocity fluctuations. The radiated pressure in the uniform flow domain is evaluated from the simulation data in the framework of the Lighthill's analogy. The calculations are performed in the spectral domain, using an appropriate Green function whose expression takes into account the presence of the elastic plate. In this approach, the plate vibrations induce at some frequencies, including the plate natural frequencies, higher radiated pressure levels than in the rigid case, by favouring larger spatial structures. Additional models, derived from the same formulation, but taking into account the boundary layer compressibility in the computation of the vibratory contributions, highlight a clear increase in the radiated pressure levels in a wide frequency range around the plate natural frequencies, when the latter are distinct from the forcing frequencies, as well as the benefit from considering a full coupling in comparison to classical approaches based on a weak coupling assumption. Finally, the fluid-structure system is investigated experimentally using a hydrodynamic tunnel setup, in order to measure the vibrations of an elastic clamped plate triggered by a transitional or turbulent boundary layer flow, as well as the radiated noise in the cavity beneath the plate, which is equipped with a hydrophone. The measurements, acquired using laser vibrometry and laser Doppler velocimetry, are detailed and analysed

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Loiseau, Fabrice. "Simulation numérique d'écoulements à surface libre : caractérisation de la couche limite de fond engendrée par un écoulement de houle et de courant." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10144.

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Abstract:

Pour étudier le comportement de la couche limite engendrée par un écoulement de houle et/ou de courant, on se propose dans une première approche de modéliser des écoulements bidimensionnels verticaux en mettant en œuvre un programme de résolution des équations de la mécanique des fluides qui utilise une formulation a. L. E. (arbitrary lagrangian eulerian), technique particulièrement bien adaptée aux problèmes a surface libre. Une étude numérique intrinsèque de convergence portant sur le code a permis d'une part de fixer les paramètres de discrétisation et, d'autre part, de choisir la technique d'interpolation pour la définition de la surface libre, le schéma convectif et le schéma d'évolution de la surface libre au voisinage d'une paroi. L'étude de la propagation d'une onde solitaire a servi de cas test. Les comparaisons des résultats obtenus avec ceux d'origine expérimentale et analytique d'autres auteurs sont satisfaisantes. A partir de là nous avons traite trois aspects d'un problème important pour la dynamique sédimentaire: la détermination de la couche limite engendrée par un écoulement de houle et/ou de courant. Nous avons reproduit la configuration expérimentale du canal à houle du laboratoire de mécanique des fluides et génie civil du havre qui travaille avec le même objectif. Pour un écoulement de houle seule, les résultats obtenus par la modélisation numérique sont satisfaisants, compares aux résultats analytiques disponibles. Pour un écoulement de courant seul, les résultats sont également en bon accord avec les relations fournies par la bibliographie existante, cette étude a notamment permis de préciser les valeurs du coefficient de Chézy. Enfin, les premières simulations d'écoulements combines de houle et de courant ont été faites. La comparaison avec les résultats expérimentaux apparait satisfaisante pour un écoulement de houle dominant.

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Aubard, Guillaume. "Simulation des grandes échelles des instationnarités basses fréquences d'une interaction onde de choc couche limite sur plaque planeTexte imprimé." Paris, ENSAM, 2012. http://www.theses.fr/2012ENAM0019.

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Abstract:

Les interactions ondes de choc/couches limites qui se développent sur les parois des véhicules aéronautiques sont le siège d'instationnarités à des fréquences de l'ordre de la centaine de Hertz qui constituent une source d'excitation aérodynamique. Le projet ANR SPICEX, dans lequel s'inscrit la présente étude, s'attaque à la modélisation numérique de ces phénomènes basses fréquences. On s'intéresse à la dynamique instationnaire du cas d'interaction entre une onde de choc et une couche limite supersonique sur une plaque plane (IOCCL). Un outil numérique de Simulation des Grandes Échelles (SGE) est développé pour les écoulements en régime compressible. Une méthode de capture de choc et une condition d'entrée instationnaire peu coûteuses sont mises en place. Une attention particulière est portée sur la validation de la stratégie numérique adoptée, et notamment sur la modélisation SGE. Des simulations de couche limites turbulentes ainsi que du cas d'IOCCL sont réalisées et permettent d'asseoir les choix numériques adoptés. Une SGE de l'IOCCL instationnaire couvrant plusieurs dizaines de cycles de la dynamique à basses fréquences est également réalisée afin de caractériser cette dernière. Les résultats de l'étude suggèrent que les instationnarités basses fréquences sont liées à une synchronisation globale de l'écoulement, caractérisée par une respiration cyclique de la zone décollée associée à un mouvement de va-et-vient du choc réfléchi, ainsi qu'à une modulation de la couche de mélange. L'étude suggère que le couplage entre la force de rappel exercé par le choc incident et les perturbations issues de la turbulence amont et de la couche de mélange est à l'origine d'une modulation large bande de l'éjection des tourbillons en aval de l'écoulement qui correspond de manière statistique à la dynamique basse fréquence d'intérêt
Shock wave / turbulent boundary layer interactions arising on aeronautical vehicles are prone to unsteadiness with a low frequency of few hundred Hertz, which can induce severe aerodynamic loads. The present study is done in the framework of the ANR project SPICEX, which deals with the numerical modeling of these low-frequency phenomena. The unsteady dynamics of a shock wave / turbulent boundary layer interaction (SWTBLI) on a flat plate is investigated. A numerical tool based on Large Eddy Simulation (LES) is developed for the compressible regime. In particular, efficient strategies for shock capturing and turbulent inflow generation are implemented. A particular attention is devoted to the validation of the present algorithms, notably concerning the LES models. Turbulent boundary layer and SWTBLI simulations are conducted, and give confidence in the present numerical strategy. LES of an unsteady SWTBLI covering dozens of low-frequency cycles is performed. The results suggest that the low-frequency dynamics is related to a global synchronization of the flow, characterized by a cyclic breathing motion of the recirculation bubble, associated with a fore-and aft motion of the reflected shock, together with a modulation of the mixing layer. The study shows that the coupling between the restoring force due to the incident shock and the disturbances generated by the incoming turbulence and the mixing layer is responsible for the low-frequency broadband modulation of the vortex shedding in the downstream flow, corresponding statistically to the low frequency of interest

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Stoukov, Alexei. "Etude numérique de la couche de mélange réactive supersonique." Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES013.

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Abstract:

L'objet de ce travail concerne l'analyse et la simulation numérique de la couche de mélange supersonique réactive instationnaire. Le premier chapitre présente le contexte général de l'étude et les problèmes spécifiques abordés. Le modèle physico-chimique comprenant les équations de Navier-Stokes et la cinétique chimique complexe est présenté dans la suite. Le troisième chapitre consiste en une étude comparative de différents schémas numériques de résolution des problèmes de type hyperbolique et présente une validation du code numérique développé autour du schéma TVD Upwind de Harten-Yee. Le traitement numérique des conditions aux limites et plus particulièrement des conditions de non-réflexion est présenté dans le chapitre suivant. Le reste de ce mémoire est consacré à l'interprétation de résultats de calculs de couches de mélange air-hydrogène (dans un premier temps inertes, puis réactives). Dans ce chapitre, une attention particulière a été portée sur l'étude phénoménologique du processus de mélange conditionné par les structures à grandes échelles. Par la suite les problèmes liés à l'interaction de ces structures avec onde de choc oblique sont abordés ; l'influence de ces structures sur le processus d'auto-allumage et sur la flamme qui en résulte est finalement analysée.

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Dall'Ozzo, Cédric. "Modélisation d'écoulements atmosphériques stratifiés par Large-Eddy Simulation à l'aide de Code_Saturne." Phd thesis, Université Paris-Est, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00861196.

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Abstract:

La modélisation par simulation des grandes échelles (Large-Eddy Simulation - LES) des processus physiques régissant la couche limite atmosphérique (CLA) demeure complexe de part la difficulté des modèles à capter l'évolution de la turbulence entre différentes conditions de stratification. De ce fait, l'étude LES du cycle diurne complet de la CLA comprenant des situations convectives la journée et des conditions stables la nuit est très peu documenté. La simulation de la couche limite stable où la turbulence est faible, intermittente et qui est caractérisée par des structures turbulentes de petite taille est tout particulièrement compliquée. En conséquence, la capacité de la LES à bien reproduire les conditions météorologiques de la CLA, notamment en situation stable, est étudiée à l'aide du code de mécanique des fluides développé par EDF R&D, Code_Saturne. Dans une première étude, le modèle LES est validé sur un cas de couche limite convective quasi stationnaire sur terrain homogène. L'influence des modèles sous-maille de Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-Lilly et WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity) ainsi que la sensibilité aux méthodes de paramétrisation sur les champs moyens, les flux et les variances est discutées. Dans une seconde étude le cycle diurne complet de la CLA pendant la campagne de mesure Wangara est modélisé. L'écart aux mesures étant faible le jour, ce travail se concentre sur les difficultés rencontrées la nuit à bien modéliser la couche limite stable. L'impact de différents modèles sous-maille ainsi que la sensibilité au coefficient de Smagorinsky ont été analysés. Par l'intermédiaire d'un couplage radiatif réalisé en LES, les répercussions du rayonnement infrarouge et solaire sur le jet de basse couche nocturne et le gradient thermique près de la surface sont exposées. De plus l'adaptation de la résolution du domaine à l'intensité de la turbulence et la forte stabilité atmosphérique durant l'expérience Wangara sont commentées. Enfin un examen des oscillations numériques inhérentes à Code_Saturne est réalisé afin d'en limiter les effets

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Babajee, Jayson. "Detailed numerical characterization of the separation-induced transition, including bursting, in a low-pressure turbine environment." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984351.

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Abstract:

La turbine basse-pression est un composant essentiel d'un turboréacteur car elle entraine la soufflante qui génère la plus grande partie de la poussée dans la configuration actuelle des turboréacteurs à double flux. Dans la perspective d'accroître son rendement en termes de consommation de carburant, il y a une recherche permanente dans la réduction du nombre d'aubage (c'est-à-dire la réduction de la masse) qui implique un chargement plus élevé par aube de rotor. Cet environnement est caractérisé par un écoulement dont le nombre de Reynolds est faible ainsi qu'une large diffusion le long de la partie aval de l'extrados. Par conséquent, l'écoulement le long de cette surface est potentiellement sujet à une séparation laminaire qui, suivant le statut de la bulle de recirculation, pourrait causer une diminution de la performance aérodynamique (sillages plus larges et plus profonds). La présente thèse de doctorat se concentre sur l'investigation du phénomène de la transition induite par séparation dans les écoulements de turbines basse-pression. L'accent est mis sur les prédictions numériques basées sur une approche CFD RANS utilisant le modèle innovant de transition γ-Reθt à deux équations de transport (la première équation pour l'intermittence numérique et la seconde équation pour le nombre de Reynolds dont la longueur caractéristique est l'épaisseur de quantité de mouvement au début de transition γ-Reθt). Neuf aubes différentes de rotor de turbine basse-pression constituent une base de données de référence et couvrent les plages de fonctionnement de différents nombres de Reynolds de sortie isentropique, de nombres de Mach de sortie isentropique, d'intensités de turbulence d'entrée, avec ou sans sillage provenant d'une rangée d'aubes amont et avec deux configurations de rugosité locale. Une première analyse de cette base de données met en évidence l'effet de la séparation sur le début de la transition et sur les performances. La définition d'une corrélation a été tentée et permet de lier le taux de diffusion d'un aubage au nombre de Reynolds de sortie isentropique fia la condition de " Bursting ". Une méthodologie numérique fiable et robuste a été établie afin de prédire la transition dans le cas d'un écoulement amont uniforme. Les résultats sont en bon accord avec les mesures expérimentales même si il a été nécessaire d'adapter les conditions limites dans le but de prédire une séparation laminaire numériquement pour des aubages fortement chargés et fia fort taux de diffusion uniquement. La résolution des profils de vitesse de la couche limite permet d'obtenir une évaluation détaillée des paramètres de la topologie de l'écoulement. Cela fournit une information sur l'épaisseur de quantité de mouvement qui est le paramètre principal définissant les corrélations de transition. La technique " Chimère " des maillages recouvrants est utilisée pour faciliter la modélisation des moyens de contrôle passif pour déclencher la transition. C'est une technique appropriée pour l'implémentation de géométries simples ou plus élaborées.

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Piot, Estelle. "Simulation numérique directe et analyse de stabilité de couches limites laminaires en présence de micro-rugosités." Toulouse, ISAE, 2008. http://www.theses.fr/2008ESAE0018.

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Abstract:

L'un des moyens de diminuer la traînée de frottement d'un avion est d'agrandir la zone laminaire sur les ailes ou la dérive. Des études ont montré que des micro-rugosités placées au sein de la couche limite peuvent retarder le phénomène de transition vers la turbulence. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier numériquement l'écoulement de couche limite laminaire dans l'entourage proche de rugosités de surface, en se focalisant sur l'influence qu'ont ces dernières sur les ondes d'instabilité à l'origine de l'apparition de la turbulence. Nous avons d'abord étudié les ondes d'instabilité longitudinale au sein d'une couche limite de plaque plane sans gradient de pression. En présence de rugosités placées périodiquement selon l'envergure, l'écoulement est inhomogène selon la normale à la paroi et la direction transverse. Sa stabilité linéaire a donc été étudiée en utilisant un formalisme biglobal. Cela a permis d'obtenir les modes propres de l'écoulement en présence des rugosités, et de montrer dans quelle mesure ces dernières stabilisent la couche limite. Ensuite nous avons considéré les ondes d'instabilité transversale, qui apparaissent près du bord d'attaque des ailes en flèche. Des simulations numériques directes (DNS) ont été effectuées afin d'étudier comment une allée périodique de rugosités peut générer ces ondes. Des analyses de stabilité linéaire ont permis d'interpréter les résultats des DNS et d'y identifier deux types d'ondes d'instabilité transversale : des ondes stationnaires, générées par un mécanisme de réceptivité non-linéaire vis-à-vis des rugosités, et des ondes instationnaires, dues à un mécanisme d'instabilité quasi-absolue dans la couche limite.

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Jing, Zhenrong. "Simulations Numériques des Transitions de Couche Limite sur des Pales en Rotation : Eolienne à Axe Horizontal et Hélice Marine." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0035.

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Abstract:

Les couches limites des Eolienne à Axe Horizontal (HAWT) et des hélices marines partagent un point commun avec l'écoulement de von Kármán, qui est créé par un disque rotatif immensé dans un fluide. L'écoulement de von Kármán peut induire une transition par écoulement transverse aussi dite "corss-flow". L'objet de la présente étude est la possibilité d'une transition d'écoulement transversal sur les HAWT et les hélices marines. Cette étude montre que les transitions naturelle de couche limite sur les HAWTs et les hélices marine sont induites par des mécanismes distinctement différents. Le résultat de l'écoulement autour d'un pale de HAWT montre que le profil de la couche limite est très proche d'un profil bidimensionnel. Sur la pale, la vitesse dans le sens de l'envergure est faible lorsque la couche limite est attachée. En conséquence, la transition naturelle est très similaire au profil 2D et est aux ondes de Tollmien – Schlichting (TS). Sur la pale d'hélice marine, l'écoulement de la couche limite est entièrement tridimensionnel (3D) en raison de la rotation. L'instabilité et la transition des "cross-flow" sont clairement observées. La forme des tourbillons est en bon accord avec la prédiction de la théorie de la stabilité linéaire (LST). Bien qu'il ait été longtemps supposé que la "cross-flow" transition devrait être importante sur les hélices, il s'agit de la première observation directe de tels phénomènes à notre connaissance. Parce que l'hélice n'a pas de symétrie de rotation infinie, notre résultat suggère que la couche limite sur les hélices marines est instable par convection. Cet aspect est différent par rapport a l'écoulement de von Kármán, qui est inconditionnellement instable
The boundary layers on HAWTs and marine propellers share an apparent common point with von Kármán swirling flow, which is created by a rotating disk in the otherwise still fluid. von Kármán swirling flow is the prototype of cross-flow transition. Therefore one focus of the present study is the possibility of cross-flow transition on HAWTs and marine propellers. This study shows that the natural boundary layer transitions on the HAWT and the marine propeller are induced by distinctively different mechanisms. The numerical result of a HAWT blade shows that the boundary layer profile on it is very close to 2-Dimensional (2D) airfoil flow. On the blade, the velocity in spanwise direction is small in the attached boundary layer. As a result, the natural transition on HAWT blade is very similar to the 2D airfoil and is due to Tollmien-Schlichting (TS) wave. On the marine propeller blade, the boundary layer flow is fully 3-Dimensional (3D) due to rotation. Cross-flow instability and transition are clearly observed. The shapes of the cross-flow vortices are in good agreement with the prediction of Linear Stability Theory (LST). Although its been long assumed that cross-flow transition should be important for propellers, this is the first direct observation of such phenomena as far as we know. Because the propeller does not have infinite rotational symmetry, our result suggests the boundary layer on the marine propeller is convectively unstable. This is different with von Kármán boundary layer flow, which is absolutely unstable

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Lauvaux, Thomas. "Inversion à méso échelle des sources et puits de carbone." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2008. http://www.theses.fr/2008VERS0007.

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Abstract:

Inverse methods at large scales are used to infer the spatial variability of carbon sources and sinks over the continents but their uncertainties remain large. Atmospheric concentrations integrate the surface _ux variability but atmospheric transport models at low resolution are not able to simulate properly the local atmospheric dynamics at the measurement sites. However, the inverse estimates are more representative of the large spatial heterogeneity of the ecosystems compared to direct _ux measurements. Top-down and bottom-up methods that aim at quantifying the carbon exchanges between the surface and the atmosphere correspond to di_erent scales and are not easily comparable. During this phD, a mesoscale inverse system was developped to correct carbon _uxes at 8km resolution. The high resolution transport model MesoNH was used to simulate accurately the variability of the atmospheric concentrations, which allowed us to reduce the uncertainty of the retrieved _uxes. All the measurements used here were observed during the intensive regional campaign CERES of May and June 2005, during which several instrumented towers measured CO2 concentrations and _uxes in the South West of France. Airborne measurements allowed us to observe concentrations at high altitude but also CO2 surface _uxes over large parts of the domain. First, the capacity of the inverse system to correct the CO2 _uxes was estimated using pseudo-data experiments. The largest fraction of the concentration variability was attributed to regional surface _uxes over an area of about 300km around the site locations depending on the meteorological conditions. Second, an ensemble of simulations allowed us to de_ne the spatial and temporal structures of the transport errors. Finally, the inverse _uxes at 8km resolution were compared to direct _ux measurements. The inverse system has been validated in space and time and showed an improvement of the _rst guess _uxes from a vegetation model decreasing signi_cantly the initial mis_t to independent _ux observations
Les méthodes d'inversion à grande échelle ont permis d'estimer la variabilité spatiale des sources et puits de carbone continentaux mais les incertitudes associées restent importantes. En e_et, les concentrations atmosphériques intègrent la variabilité des _ux de surface, mais les modèles de transport à basse résolution utilisés dans les inversions ne peuvent reproduire correctement la complexité da la dynamique atmosphérique locale des sites de mesure. Cependant, ces estimations sont plus représentatives de la grande hétérogénéité spatiale des écosystèmes que les mesures directes des _ux. Les méthodes inverses et directes qui visent toutes les deux à estimer le bilan des échanges de carbone entre la surface et l'atmosphère s'appliquent donc à des échelles di_érentes et sont ainsi di_cilement comparables. Au cours de cette thèse, un système d'inversion à méso échelle a été développé pour corrigerles _ux de carbone à une résolution de 8km. Le modèle de transport à haute résolution (MésoNH) a permis de simuler la variabilité des concentrations atmosphériques avec une meilleure précision, ce qui a permis de limiter les incertitudes sur les _ux inversés. L'intégralité des données est issue de la campagne régionale intensive CERES de mai et juin 2005, lors de laquelle plusieurs tours instrumentées ont mesurées les concentrations et les _ux de CO2 dans le Sud Ouest de la France. Des mesures aéroportées ont permis également d'observer les concentrations en altitude ainsi que les _ux de CO2 aggrégées sur de larges bandes à la surface. Dans un premier temps, la capacité du système à corriger les _ux de CO2 a été estimé par l'intermédiaire de pseudo-données. La majeure partie de la variabilité des concentrations a été attribuée aux _ux régionaux dans une zone qui s'étend, selon les conditions météorologiques, jusqu'à 300km autour des sites de mesure. Dans un second temps, un ensemble de simulations a permis de dé_nir les structures spatiale et temporelle des erreurs de transport. Dans un dernier temps, les _ux corrigés par l'inversion à 8km de résolution ont été comparés à des mesures directes de _ux. Le système d'inversion a été ainsi validé dans le temps et l'espace et a montré une amélioration de l'estimation des _ux de CO2 issues d'un modèle de végétation en diminuant signi_cativement les erreurs initiales par rapport aux observations indépendantes de _ux de CO2

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Quimbayo-Duarte, Julian. "Modélisation numérique de la couche limite atmosphérique par condition stable en terrain complexe. Application à la qualité de l'air." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU005/document.

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Abstract:

En hiver, par condition anticyclonique hivernale, les régions montagneuses urbanisées font l'objet de conditions atmosphériques stables et découplées, qui conduisent à des épisodes de forte pollution particulaire. Ce travail de thèse traite de la caractérisation des facteurs de pollution de l'air aux particules par condition stable en vallée alpine encaissée, du point de vue de la dynamique atmosphérique. Ce travail repose sur des simulations numériques idéalisées et en conditions réelles à l'aide du modèle Weather Research and Forecasting (WRF), les particules étant modélisées par un champ de traceur passif.Dans une première partie, des simulations numériques à haute résolution ont été réalisées, en utilisant deux configurations différentes de vallées tridimensionnelles idéalisées ouvrant sur une plaine. La première configuration correspond à une vallée de largeur constante dans la direction de l'axe de la vallée ouvrant sur une plaine. Dans la seconde configuration, la vallée est composée de deux sections, la section aval, qui ouvre sur la plaine, étant plus étroite que la section amont. Cette configuration est appelée "pooling". Quelle que soit la configuration, la variation du profil vertical de température le long de l'axe de la vallée conduit à d'un gradient de pression horizontal générant un vent de vallée. Les configurations de type "pooling" sont associées à des concentrations de polluants plus élevées que dans le cas où la largeur de la vallée ne varie pas, car le vent de vallée est plus faible dans la configuration "pooling". L'impact de la largeur de la section aval sur la concentration de polluants dans la section amont est remarquable: la ventilation de la section amont peut être complètement bloquée pendant la majeure partie de la simulation (six heures) lorsque le rapport de largeur de la section amont à la section aval est égal à 10.La deuxième partie concerne une situation réelle en vallée alpine, durant un épisode fortement pollué de février 2015. La dynamique atmosphérique et la concentration de particules fines (PM) ont été modélisées dans une section de la vallée de l'Arve autour de la ville de Passy par le modèle WRF-Chem durant cet épisode. Pour cela, le cadastre d'émission préparé par l'agence de qualité de l'air de la région Auvergne Rhône-Alpes a été implémenté dans le modèle. La dynamique de la couche limite a été comparée à des profils verticaux de vent et température mesurés lors d'une campagne de terrain durant l'épisode pollué, et la concentration de PM comparée aux données de stations de qualité de l'air. La contribution des vallées tributaires à la pollution atmosphérique dans cette section de la vallée de l'Arve a d'abord été étudiée. Les résultats montrent que cette contribution est très faible par rapport à celle des sources locales; ceci implique que les émissions $in-situ$ sont principalement responsables de la forte concentration de particules polluantes enregistrée dans la vallée car le fond de vallée est découplé de l'atmosphère au-dessus de la vallée. Les processus de ventilation et leur influence sur la concentration de particules (PM) ont ensuite été étudiés. L'analyse montre qu'en raison de la ventilation limitée autour de la ville de Passy, la variabilité horaire de la concentration de PM dans la ville est contrôlée par les émissions
During wintertime anticyclonic regimes, urbanized mountain areas often experience stable and decoupled atmospheric conditions, resulting in severe episodes of particulate air pollution. This study deals with the characterization of drivers of particulate air pollution in deep alpine valleys under such stable conditions from the point of view of atmospheric dynamics. The work has been carried out through the implementation of both idealized and real case numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Particulate air pollution has been modelled by implementing passive tracers in the simulations.In a first part, high-resolution numerical simulations have been performed using two different configurations of three-dimensional idealized valleys opening onto a plain. The first configuration corresponds to a valley of constant width in the along-valley direction, directly opening onto a plain. The second one consists in a valley of varying width in that direction, with an upstream section of larger width than the downstream section, which opens onto the plain. The latter configuration is referred to as a pooling case. The change in the vertical temperature profile along the valley axis in all configurations results in a horizontal pressure gradient that leads to the development of an along-valley flow. Configurations in which the upstream section of the valley opens onto a narrower one have shown to be prone to higher pollutant concentrations than in the case of a valley opening directly onto a plain, due to the weaker down-valley flow developing in the variable width configurations. The impact of the downstream valley section on the concentration of pollutants in the upstream valley section is remarkable: the ventilation of the upstream valley section can be completely blocked for most of the simulation (six hours) when the ratio of the upstream to downstream valley section width is equal to 10.The second part deals with a real case situation, focusing on a section of the alpine Arve River valley around the city of Passy. The numerical modelling of the atmospheric dynamics and particulate matter (PM) concentration in that section has been performed during a strongly polluted wintertime episode of February 2015. For this purpose the emission inventory prepared by the air quality agency of the région Auvergne Rhône-Alpes has been implemented in the WRF-Chem model. The boundary layer dynamics has been compared to wind and temperature profiles collected during a field campaign conducted during the episode, and PM concentration has been compared to data recorded by air quality stations. The contribution of the valley tributaries to air pollution within the section considered has been first studied. Results show that this contribution is very small compared to that from local sources; this implies that $in-situ$ emissions are primarily responsible for the high PM concentration recorded in the valley since the valley bottom is decoupled from the atmosphere above the valley. The ventilation characteristics of the valley and their influence on the particulate matter (PM) concentration have next been investigated. The analysis indicates that due to the limited ventilation around the city of Passy, the hourly variability of PM concentration therein is driven by that of the emissions

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Boilley, Alexandre. "Modélisation de cisaillements de vent et assimilation de données dans la couche limite atmosphérique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00638822.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un pro leur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'in uence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système l'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le "nudging direct et rétrograde" (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour con rmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de pro ls verticaux de vent.

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Desvigne, Damien. "Bruit rayonné par un écoulement subsonique affleurant une cavité cylindrique : caractérisation expérimentale et simulation numérique par une approche multidomaine d'ordre élevé." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00589006.

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Abstract:

Le bruit de cavité est un phénomène très fréquent dans le domaine des transports aériens.Il survient notamment lors de l'approche à l'atterrissage, où des interactions entre la cellule de l'aéronef et l'écoulement sont à l'origine de fortes émissions tonales. Il devient dès lors une source de pollution acoustique non-négligeable pour les populations résidant à proximité de zones aéroportuaires. Les études numériques et expérimentales décrites jusqu'à présent dans la littérature abordent essentiellement le cas des cavités rectangulaires. Pourtant, les cavités rencontrées en pratique dans l'industrie aéronautique impliquent des géométries souvent plus complexes. Lorsque ces cavités sont soumises à une excitation de nature aérodynamique, leur spécificité géométrique conduit le plus souvent à des réponses acoustiques assez éloignées des estimations issues de modèles académiques construits sur l'observation de cavités rectangulaires. Quelques travaux seulement abordent le cas des cavités cylindriques.Ce travail est consacré à l'étude aéroacoustique des cavités cylindriques, à l'initiative d'Airbus. Il s'inscrit dans le cadre du projet AEROCAV soutenu par la Fondation de Recherche pour l'Aéronautique & l'espace (FRAE). Son objectif est de déterminer les mécanismes impliqués dans les émissions acoustiques intenses et tonales pour les configurations étudiées.Une première partie présente les résultats expérimentaux issus des campagnes de mesures menées dans la soufflerie anéchoïque du Centre Acoustique du LMFA et de l'école Centrale de Lyon. Un modèle semi-empirique, reposant sur l'hypothèse d'une résonance acoustique pilotée par les instabilités présentes dans la couche de cisaillement à l'ouverture de la cavité,est construit à partir du modèle d'Elder (1978). Le modèle permet d'estimer les fréquences susceptibles de dominer l'acoustique rayonnée en champ lointain à partir de la donnée du champ moyen de vitesse longitudinale, que l'on mesure dans le plan de l'écoulement par Vélocimétrie par Imagerie des Particules (PIV).Une seconde partie est destinée au calcul direct du bruit rayonné par un écoulement laminaire ou turbulent affleurant une cavité cylindrique de référence. Il consiste à calculer le champ acoustique directement à partir de la résolution des équations tridimensionnelles de la mécanique des fluides. Le solver Alesia est présenté dans une version modifiée et adaptée à la mise en oeuvre d'une approche multidomaine d'ordre élevé faisant intervenir plusieurs maillages se recouvrant. Des techniques d'interpolation sont spécifiquement développées en vue d'assurer une communication bidirectionnelle entre les différents maillages, malgré des contraintes géométriques fortes. Un modèle d'excitation de l'écoulement est aussi développé afin de disposer de fluctuations dans l'écoulement incident, pour le cas turbulent. Ces deux points font l'originalité des calculs réalisés.Les simulations, menées sur une cavité de rapport d'aspect géométrique égal à 1 et soumise à un écoulement incident à Mach 0.2, montrent que le rayonnement acoustique peut être fidèlement reproduit numériquement. La couche de cisaillement est caractérisée par la présence de deux larges structures tourbillonnaires s'amplifiant lors de leur convection. Leur présence s'accompagne de fortes fluctuations de vitesse à l'origine d'un débit aérodynamique de fluide à l'ouverture qui excite la cavité acoustiquement. Une résonance forcée s'établit dans celle-ci, excitant la couche de mélange au voisinage du point de séparation. Ce couplage auto-entretenu est à l'origine du rayonnement acoustique intense et fortement tonal de la cavité. Il s'établit à une fréquence proche de la fréquence prédite par le modèle semi-empirique développé.

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Merlin, Cindy. "Simulation numérique de la combustion turbulente : Méthode de frontières immergées pour les écoulements compressibles, application à la combustion en aval d’une cavité." Thesis, Rouen, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAM0020/document.

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Abstract:

Une méthode de frontières immergées est développée pour la simulation d’écoulements compressibles et validée au travers de cas-tests spécifiques (réflexion d’ondes acoustiques et quantification de la conservation de la masse dans des canaux inclinés). La simulation aux grandes échelles (LES) d’une cavité transsonique est ensuite présentée. Le bouclage aéro-acoustique, très sensible aux conditions aux limites, est reproduit avec précision par la LES dans le cas où les parois sont immergées dans un maillage structurée. La comparaison des stratégies de modélisation de sous-maille pour cet écoulement transsonique et l’adaptation des filtres en présence de frontières immergées sont également discutées. Le rôle, souvent sous-estimé, du schéma de viscosité artificiel, est quantifié.Dans la dernière partie du manuscrit, des études sont réalisées pour aider au dimensionnement d’un nouveau concept de chambre de combustion où la flamme est stabilisée par la recirculation de gaz brûlés dans une cavité (chambre TVC pour Trapped Vortex Combustor). La modélisation de la combustion turbulente est basée sur une chimie tabulée, couplée à une fonction densité de probabilité présumée (PCM-FPI). L’étude de la dynamique de la flamme est réalisée pour diverses conditions de fonctionnement (débit de l’écoulement principal et présence ou non d’un swirl). Les spécificités de mise en œuvre de la simulation d’un écoulement de ce type sont discutées et un soin particulier est apporté au traitement de la condition de sortie, qui constitue un point sensible de la chaîne de modélisation. Les phénomènes d’instabilités et de retour de la flamme sont mis en évidence ainsi que les modifications à apporter au dispositif afin de minimiser ces effets. L’existence d’un cycle limite acoustique est souligné et une formule permettant d’anticiper le niveau des fluctuations de pression est proposée et validée. Une correction au modèle PCM-FPI est présentée afin de préserver la vitesse de flamme et d’assurer une reproduction plus précise de la dynamique de flamme
An immersed boundary method has been developed for the simulation of compressible flow and validated with reference test cases (pressure wave reflection and quantification of mass conservation for various inclined channels). Large Eddy Simulation (LES) of a transonic cavity is then presented. The aeroacoustic feedback loop, which is highly sensitive to the boundary conditions, was accurately reproduced where the walls are immersed inside a structured grid. The comparison between the modeling approaches for this transonic flow and the correction of the filtering operation near immersed boundaries are also discussed. The often underestimated role of the numerical artificial dissipation is also quantified.In the last part of this manuscript, many studies are realized to help in the design of a new combustion chamber for Trapped Vortex Combustor (TVC). The turbulent combustion model is based on tabulated chemistry and a presumed probability density function (PCM-FPI) method.The flame dynamics is studied for various operating conditions (flowrate of the main flow and presence of swirl motion). Details concerning the realization of such a flow are discussed and special care is taken for the treatment of the most sensitive outlet boundary condition. The phenomena of combustion instabilities and of flame backflow are highlighted along with the modifications to be made for the device to minimize these effects. The existence of a acoustic limit cycle is emphasized and a formula is proposed and validated to anticipate the level of pressure fluctuations. Finally a correction to the PCM-FPI model is suggested to preserve the flame front speed and to ensure a more accurate description of the flame dynamics

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Muller, Yann-Aël. "Etude du méandrement du sillage éolien lointain dans différentes conditions de rugosité." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2040/document.

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Abstract:

Le phénomène connu sous l'appellation "méandrement" (ou meandering) désigne les variations aléatoires de la trajectoire du sillage aérodynamique d'une éolienne. Ce phénomène est responsable de contraintes mécaniques particulières sur les éoliennes positionnées dans le sillage d'autres éoliennes et joue donc rôle dans la conception et dans la prévision de production des parcs éoliens.Ce travail propose d'étudier le méandrement par des moyens expérimentaux et numériques. La problématique est traitée en deux parties, la première portant sur la modélisation de l'écoulement de couche limite atmosphérique, avec une attention particulière portée à la modélisation des grandes échelles de la turbulence atmosphérique. La seconde partie porte sur l'étude du sillage d'un disque actuateur soumis à un écoulement atmosphérique. Chacune de ces parties comporte un volet expérimental et un volet numérique. La modélisation numérique instationnaire de l'écoulement atmosphérique fait intervenir une technique de génération stochastique de champs de vitesse turbulente avec évolution temporelle, spécialement développée au cours de la présente thèse et à laquelle un chapitre spécifique est dédié.L'un des principaux résultats est que le méandrement du sillage est fortement corrélé avec les grandes échelles de la turbulence atmosphérique
The phenomenon known as meandering describes the unsteady trajectory variations of the wake of a wind turbine. This phenomenon is responsible for specific mechanical stresses on turbines positioned in the wake of other turbines. As such, this phenomenon must be accounted for in the design and operation of wind turbine plants.This work uses numerical fluid simulation and wind tunnel testing in order to study the meandering of the wake of a wind turbine. The subject is discussed in two parts. The first part discusses the modeling of the atmospheric boundary layer, with a focus on the large scales of the atmospheric turbulence. The second part is a study of the behavior of the wake of an actuator disc model in atmospheric wind conditions.Both parts include experimental and numerical work. The numerical simulation of the atmospheric boundary layer involves the generation of synthetic turbulent velocity time series by mean of a stochastic technique developed during this thesis, to which a chapter is dedicated.One of the main results of this work is that the meandering is highly correlated with the large scales of the atmospheric turbulence

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Chapalain, Georges. "Étude hydrodynamique et sédimentaire des environnements littoraux dominés par la houle." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1988. http://www.theses.fr/1988GRE10121.

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La propagation des houles longues est étudiée expérimentalement, théoriquement et numériquement. La validité du modèle harmonique quasi-résonnant de lau et barcilon (1972) est confirmée. Les processus hydro-sédimentaires se développant dans la couche limite turbulente de fond générée par la houle sont analysés à l'aide d'un modèle uni-dimensionnel avec fermeture turbulente au second ordre. Un modèle simplifie avec fermeture turbulente au premier ordre est envisagé dans la perspective d'une modélisation des interactions des trains de houle avec un fond sableux. La modélisation hydro-morphologique ainsi élaborée explique la formation des barres sableuses d'avant-cote. Elle est confrontée avec succès à des mesures effectuées dans le lac Huron et dans le golfe du Saint-Laurent. L'extension de la modélisation a des substrats de granulométrie étendue est réalisée en vue de la simulation du tri granulométrique observe sur les systèmes de barres littorales. Enfin, un essai d'intégration des pertes d'énergie par les déferlements multiples survenant sur les séquences de barres est entrepris.

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Joubert, Gilles. "Simulation numérique du contrôle de décrochage dynamique d'un profil en oscillation de tangage." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2273/document.

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Abstract:

L'enveloppe de vol des hélicoptères est limitée par le décrochage dynamique, que le contrôle d'écoulement permet de surmonter. Malgré de nombreuses études, aucun dispositif de contrôle ne s'est révélé utilisable sur un rotor. Conçu par l'ONERA, un Vortex Generator déployable (DVG) s'est révélé efficace pour limiter les effets du décrochage dynamique d'un profil OA209 en oscillation de tangage. Mais l'étude de cet actionneur est nécessaire avant son application. Le travail exposé dans le présent mémoire s'attache à reproduire par simulations numériques l'écoulement du décrochage dynamique contrôlé par DVG afin d'identifier les phénomènes physiques en jeu. Après une première partie bibliographique dédiée au contrôle de décrochage dynamique et aux Vortex Generators, une seconde partie a été consacrée à valider et étudier la simulation numérique du contrôle du décrochage statique. L'écoulement induit a pu être ainsi caractérisé par les interactions tourbillonnaires présentes du fait de l'épaisseur du DVG et qui réduisent l'efficacité du contrôle. Cette analyse a permis d'élaborer une modélisation préliminaire du DVG. Dans une troisième partie, la validation et l'étude de la simulation numérique du contrôle du décrochage dynamique a mis en évidence un effet de contrôle similaire au cas statique, et la décomposition en modes propres orthogonaux de l'écoulement contrôlé a montré une altération du mode lié au tourbillon de décrochage dynamique. Ce travail valide la simulation numérique mise en place, laisse entrevoir des perspectives d'amélioration du dispositif de contrôle et permet la simulation numérique ultérieure du contrôle de décrochage dynamique de voilure tournante
The helicopter flight envelope is limited by dynamic stall, which can be reduced by flow control actuation. Numerous studies are dedicated to the alleviation of dynamic stall, however no actuator has ever been used on real rotor configuration. A new deployable Vortex Generator-type actuator called DVG has been designed by the ONERA and proved its efficiency over pitch-oscillating dynamic stall control of an OA209 airfoil. However, the control effect must be in-depth analyzed before further application. Therefore, the present works aims at reproducing the dynamic stall control through numerical simulations,in order to investigate the physics involved. After a first part dedicated to the literature review of dynamic stall control and Vortex Generators, a second part considered the validation and investigation of the static stall control. DVG-induced secondary flow has been characterized by its vortex interactions, which reduce the control efficiency because of the DVG thickness. This analysis made a preliminary modeling of the DVG possible. In a third part, validation and investigation of the dynamic stall control have been performed, and the actuation showed strong similarities with the static case. Eventually, Proper Orthogonal Decomposition of the flow brought evidence of Dynamic Stall Vortex mode distortion thanks to DVG presence. This work validates the numerical simulation methodology, lets hope possible improvement of the actuator design and allows further numerical simulations of dynamic stall control over real helicopter blades

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Marly, Arthur. "Analyse mathématique et numérique d'écoulements de fluides à seuil." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN034/document.

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Abstract:

Ette thèse traite d’écoulements de fluides à seuil (ou viscoplastiques) en milieu confiné. Les difficultés analytiques et numériques sont dues à la multivaluation du tenseur des contraintes dans les zones plastiques ainsi qu’à la non-différentiabilité du problème de minimisation associé. Cette thèse s’articule en deux parties.Dans un premier temps, des simulations numériques parallèles très précises à l’aide d’algorithmes de dualité ont été effectuées. Elles ont permis de retrouver des résultats observés expérimentalement dont l’existence d’une ligne de glissement pour l’écoulement au dessus d’un obstacle et le caractère quasi-Poiseuille de la vitesse au-delà de cette ligne. Par ailleurs, la théorie de couche limite viscoplastique définie par Oldroyd (1947, à nombre de Bingham asymptotiquement grand) a été revisitée à nombre de Bingham modéré en milieu confiné. L’étude a mis en œuvre des allers-retours entre ces simulations et les expériences physiques de Luu et al. d’IRSTEA ainsi qu’une dérivation théorique. L’approximation de couche limite est vérifiée dans une certaine mesure à l’intérieur de la cavité. Une adaptation de la notion de couche limite viscoplastique est alors exhibée et permet d’étendre les scalings dérivés par Oldroyd (1947) et Balmforth et al. (J. of Fluid Mech, 2017). Ces scalings sont aussi généralisés au cas de la loi d’Herschel-Bulkley. Dans un second temps, on présente une analyse asymptotique des champs de vitesses et de contraintes pour des écoulements en faible épaisseur (ε). Un développement à l’ordre ε2 de la vitesse permet de trouver une équation de Reynolds à la même précision. Cette équation de Reynolds prolonge les résultats déjà existants dans le cadre newtonien, d’une part et dans le cadre fluide à seuil avec une surface libre, d’autre part
This thesis is devoted to the flow of yield stress (or viscoplastic) fluids in pipes.Analytical and numerical difficulties lie in the multivaluation of the stress tensor in the plastic regions and in the non-differentiability of the associated minimization problem. This manuscript is organized following two main axes.First, very accurate numerical simulations were carried out using duality methods and parallel multifrontal solvers. Thus, experimental observations were recovered, namely the existence of a slip line for the flow over an obstacle and the Poiseuille-like behaviour of the velocity above this line. Moreover, the viscoplastic boundary layer theory defined by Oldroyd (1947 at high Bingham numbers) was revisited at moderate Bingham numbers in confined areas. This study provided an opportunity to go back and forth between these simulations and the physical measures of Luu et al. from IRSTEA and to perform a theoretical derivation. The boundary layer approximation is valid up to a certain extent in the cavity. An adaptation of the viscoplastic boundary layer definition is then given and allows to generalize the scalings shown by Oldroyd (1947) and Balmforth et al. (JFM 2017). These scalings are also generalized to the Herschel-Bulkley case. Then, an asymptotic analysis of the velocity and stress fields for thin layer (ε) flows is presented. A velocity development up to ε2 lets us find a Reynolds equation of same accuracy. This Reynolds equation extends the already existing results, on the one hand in the newtonian case and on the second hand for free surface flows

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Dissertations / Theses on the topic 'Couche limite turbulente – Simulation par ordinateur'

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