Academic literature on the topic 'Décollement couche limite'

Le travail presente concerne le decollement stationnaire et instationnaire sur profil et plaque plane en mouvement. Il s'applique surtout au phenomene du decrochage dynamique qui apparait pour un rotor d'helicoptere ou d'eoliennes. La partie numerique consiste a la mise au point sur un pc d'un code de calcul par couplage ecoulement potentiel (methode des panneaux) couche limite instationnaires sensibles au modele d'emission tourbillonnaire. Les confrontations avec les experiences montrent que le calcul permet de retrouver le comportement instationnaire de la couche limite d'un profil pour des frequences reduites moderees. La partie experimentale, realisee en tunnel hydrodynamique par visualisations et velocimetrie laser sur des profils en mouvement periodique, a permis de deceler d'une part, l'instabilite de la frontiere libre de la zone decollee stationnaire pour laquelle un modele a ete propose et d'autre part, l'existence d'un second decollement qui caracterise le decrochage dynamique au nombre de reynolds etudie

Le décollement de la couche limite est un phénomène aérodynamique, généralement indésirable sur un profil d'aile en incidence, qui occasionne une diminution des performances de la voilure. De nombreux auteurs ont montré qu'il est possible d'éliminer ou, le cas échéant, de retarder l'apparition des décollements en implantant des dispositifs de contrôle appelés « actionneurs » sur l'aile. Des actionneurs, de type fluidique, ont été comparativement utilisés sur deux configurations expérimentales : un profil épais symétrique NACA 0015, siège de décollements de type « bord de fuite » et un profil symétrique ONERA D caractérisé par des décollements de type « bord d'attaque ». Placés en proche paroi d’extrados, les actionneurs se présentent sous la forme d’injecteurs discrets ou sous la forme d’une fente de faible épaisseur, le soufflage étant stationnaire ou instationnaire. Nous avons étudié l'influence de différents paramètres (géométrie des actionneurs, fréquence et intensité de l'excitation, …). Il a été possible de mettre en évidence une modification profonde des structures de l'écoulement sous les effets du contrôle qui favorise le processus de recollement de la couche limite et aboutit à une augmentation de la portance et à une réduction considérable de la traînée. Cette étude consacrée à la validation de l'efficacité de différents modes d'action et à la compréhension des mécanismes de recollement est actuellement complétée par une approche instationnaire du contrôle (quantification des temps de réponse caractéristiques des actionneurs et de l'écoulement). Elle constitue la première étape vers la mise en place sur les voilures, à plus long terme, d'un système de contrôle rétroactif
The separation of a boundary layer is generally an undesirable aerodynamic phenomenon over a pitched airfoil due to its adverse effects on the performances of the wing. Many authors have shown that it is possible to suppress or, at least, to delay separation by introducing control devices named “actuators” over the airfoil. Fluidic actuators have been tested on two experimental configurations: a NACA 0015 airfoil where a trailing-edge separation is occurring and an ONERA D, a symmetric airfoil characterized by leading-edge separation. The actuators, which are installed on the upper side of the wing, are composed either by a series of discrete injectors or a thin slot, the blowing being either steady or unsteady. We have studied the influence of different parameters (actuator geometry, excitation frequency and intensity …). We have discovered a significant modification of the flow structures under the effects of control which favour the reattachment process and lead to a lift increase and a considerable decrease in drag. This study is dedicated to the control authority of fluidic actuators in reattaching a separated shear layer. It is the first step towards the implementation of reactive control system. Future works involve the study of the physics of the dynamic process of attachment and separation

La cavitation hydrodynamique, et plus particulièrement la cavitation à poche attachée, peut apparaitre et se développer dans des écoulements turbulents complexes à l’intérieur de décollements de la couche limite laminaire. Ce phénomène s’avère être également sensible aux autres gaz présents dans l’écoulement comme l’air. Pour mieux comprendre l’attachement de poches de cavitation dans des décollements laminaires et l’influence de l’air sur celles-ci, nous proposons d’étudier des écoulements laminaires décollés d’huiles silicones visqueuses, contenant une grande quantité d’air, autour d’une géométrie Venturi lisse. Dans notre étude nous observons l’apparition de plusieurs types de poches, d’air ou de vapeur, qui peuvent s’attacher dans différents décollements de l’écoulement laminaire. Le dégazage joue alors un rôle important à hautes pressions, générant des poches d’air attachées présentant des dynamiques particulièrement intéressantes.À très basses pressions, des poches de cavitations peuvent s’attacher provoquantselon la stabilité de l’écoulement une transition à un régime transitionnel laminaire/turbulent dans leurs sillage. Cette même transition peut également apparaitre de façon intermittente à plus hautes pressions dans le sillage d’une bulle d’air recirculante, caractéristique du dégazage dans les écoulement laminaires décollés. Le régime transitionnel laminaire/turbulent, beaucoup moins sensible au dégazage, est caractérisé par de la cavitation de tourbillons, générés à hautes fréquences, dans le sillage d’un bulbe de décollement laminaire “court” le long de la pente du Venturi. Le bulbe se développe jusqu’à transitionner brutalement en bulbe “long” pour une taille de poche assez élevée, on peut associer ce phénomène à la supercavitation
Hydrodynamic cavitation, more specifically attached cavitation, can emerge et develop in complex turbulent flows within laminar boundary layer separations. This phenomenon might be extremely sensitive to the gaz content in the flow. For an easier understanding of the attachment of cavities into laminar separated flows within the influence of air content, we propose to focus our study on viscous silicon oil laminar separated flows, presenting high gas content, within a smooth Venturi geometry. In this study, the inception of several types of attached cavities, filled with air or oil vapor, can be observed into different laminar flow separations. For high pressures, the degassing phenomenon is dominant in the flow, generating attached cavities filled with air presenting interesting dynamics. For low pressures, attach vapor cavities can emerge inducing, if the flow is unstable, the transition to laminar/turbulent transitioning regime in their wake. This transition can also occurs intermittently at higher pressures in the wake of a recirculating air bubble, characteristic to degassing into laminar separated flows. The laminar/turbulent transitioning regime, less sensitive to degassing, is characterized by vortex cavitation, occurring at high frequencies, at the rear of a “short” laminar separation bubble along the divergent Venturi slope. The “short” laminar separation bubble grows until transitioning to a “long” bubble within an large attached cavity. This transition can be associate to thesupercavitation phenomenon

Le contrôle d'écoulement permet d'éliminer le phénomène de décollement de couches limites, très néfaste pour les performances des machines interagissant avec un fluide (avions, voitures, turbomachines ...). Ces travaux s'intéressent plus particulièrement au contrôle actif d'écoulement au moyen de jets continus. Une maquette permettant de manipuler l'équilibre de la couche limite a été conçue et installée dans la soufflerie du Laboratoire de Mécanique de Lille. La première partie du travail a consisté en la caractérisation de l'écoulement autour du modèle à l'aide de visualisations par fils de laine et par enduit gras, de mesures de répartition de pression, de mesures par anémométrie à fils chauds et par PIV. Ceci a permis de définir la configuration du modèle la plus appropriée pour les études de contrôle mais aussi de connaître précisément les caractéristiques de l'écoulement sélectionné. La configuration retenue correspond à un écoulement en gradient de pression adverse suivi d'une séparation sur le volet, un peu comme sur l'extrados d'une aile d'avion. L'utilisation de sondes de frottement associées à des visualisations aux fils de laine ont permis d'étudier et d'optimiser des actionneurs passifs, puis des actionneurs à jets continus. Certaines des configurations actives optimales ont ensuite été caractérisées plus en détail par une mesure par PIV englobant toute la zone de séparation. Il apparaît que les jets continus ne suppriment pas complètement les mécanismes de la séparation mais réduisent leur intensité et les concentrent plus ou moins près de la paroi

Le contrôle d’écoulement permet d’éliminer le phénomène de décollement de couches limites, très néfaste pour les performances des machines interagissant avec un fluide (avions, voitures, turbomachines ...). Ces travaux s’intéressent plus particulièrement au contrôle actif d’écoulement au moyen de jets continus. Une maquette permettant de manipuler l’équilibre de la couche limite a été conçue et installée dans la soufflerie du Laboratoire de Mécanique de Lille. La première partie du travail a consisté en la caractérisation de l’écoulement autour du modèle à l’aide de visualisations par fils de laine et par enduit gras, de mesures de répartition de pression, de mesures par anémométrie à fils chauds et par PIV. Ceci a permis de définir la configuration du modèle la plus appropriée pour les études de contrôle mais aussi de connaître précisément les caractéristiques de l’écoulement sélectionné. La configuration retenue correspond à un écoulement en gradient de pression adverse suivi d’une séparation sur le volet, un peu comme sur l’extrados d’une aile d’avion. L’utilisation de sondes de frottement associées à des visualisations aux fils de laine ont permis d’étudier et d’optimiser des actionneurs passifs, puis des actionneurs à jets continus. Certaines des configurations actives optimales ont ensuite été caractérisées plus en détail par une mesure par PIV englobant toute la zone de séparation. Il apparaît que les jets continus ne suppriment pas complètement les mécanismes de la séparation mais réduisent leur intensité et les concentrent plus ou moins près de la paroi
Flow control allows to suppress boundary layers separation, which largely deteriorates the performances of machineries which interact with fluid (aircraft, cars, turbomachineries, etc.). This study concentrates more particularly on active flow control with continuous jets. A ramp model which allows to manipulate the boundary layer equilibrium was realized and set in Laboratoire de Mécanique de Lille wind tunnel. The first part of the work was to characterize the flow over the model with wool-tufts and oil-film visualisations, pressure distribution, hot-wire anemometry and PIV measurements. The aim was to define a ramp configuration for the flow control study and to know precisely the characteristics of the retained flow. The selected configuration corresponds to an adverse pressure gradient flow followed by a separation on the flap, which mimics the flow on the suction side of a wing. With friction probes coupled with wool-tufts visualisations, passive actuators and active continuous jets were studied and optimised. Finally, some of the optimum active configurations found were characterized in more details with PIV measurements over the entire separated region. It appears that continuous jets do not suppress the separation mechanisms, but only reduce their intensity and squeeze them more or less against the wall

Le décollement de la couche limite est un phénomène aérodynamique, généralement indésirable sur un profil d'aile en incidence, qui occasionne une diminution des performances de la voilure.
De nombreux auteurs ont montré qu'il est possible d'éliminer ou, le cas échéant, de retarder l'apparition des décollements en implantant des dispositifs de contrôle appelés « actionneurs » sur l'aile.
Des actionneurs, de type fluidique, ont été comparativement utilisés sur deux configurations expérimentales : un profil épais symétrique NACA 0015, siège de décollements de type « bord de fuite » et un profil symétrique ONERA D caractérisé par des décollements de type « bord d'attaque ». Placés en proche paroi d'extrados, les actionneurs se présentent sous la forme d'injecteurs discrets ou sous la forme d'une fente de faible épaisseur, le soufflage étant stationnaire ou instationnaire.
Nous avons étudié l'influence de différents paramètres (géométrie des actionneurs, fréquence et intensité de l'excitation...). Il a été possible de mettre en évidence une modification profonde des structures de l'écoulement sous les effets du contrôle qui favorise le processus de recollement de la couche limite et aboutit à une augmentation de la portance et à une réduction considérable de la traînée.
Cette étude consacrée à la validation de l'efficacité de différents modes d'action et à la compréhension des mécanismes de recollement est actuellement complétée par une approche instationnaire du contrôle (quantification des temps de réponse caractéristiques des actionneurs et de l'écoulement). Elle constitue la première étape vers la mise en place sur les voilures, à plus long terme, d'un système de contrôle rétroactif.

Une méthode de calcul de couches limites tridimensionnelles se développent autour d'obstacles profiles quelconques a été mise au point. Le domaine d'application de celle-ci va, en laminaire, de l'incompressible au supersonique. En écoulement turbulent, il est limité par la validité du modèle de longueur de mélange utilisé. Le schéma numérique adopte est de type semi-implicite. Les équations de quantité de mouvement et d'énergie sont discrétisées suivant les lignes de courant locales, cela afin de respecter rigoureusement les contraintes liées à la nature parabolique du système d'équations. Contrairement aux méthodes habituelles qui utilisent les coordonnées généralisées, on se sert comme intermédiaire de calcul du plan tangent osculateur en chaque nœud du maillage de surface lie à l'obstacle, évitant ainsi d'imposer une hypothèse de régularité supplémentaire pour les lignes de maillage de données. Il est ainsi possible de limiter, voire de supprimer, la phase de prétraitement des données venant du calcul fluide parfait.

L’étude de la couche limite tridimensionnelle et de son décollement autour des corps fuselés avec incidence est l'axe principal de cette thèse. Une méthode de calcul aux approximations paramétriques de la couche limite laminaire est présentée, ensuite appliquée sur un ellipsoïde aplati à 6 degrés d'incidence. Les différents paramètres de l'écoulement sont exposés. La ligne de décollement tridimensionnel de la couche limite est calculée, ensuite déduite expérimentalement par la méthode électrochimique. Enfin, les équations de la couche limite turbulente tridimensionnelle écrites dans le repère (s,z,n) sont transformées en un système explicite de trois équations dont l'intégration est effectuée numériquement par une méthode itérative.

"L'actionneur " plasma " consiste en une décharge électrique établie dans l'air à pression atmosphérique à la surface d'un isolant. L'apport de quantité de mouvement induit par ces plasmas froids de surface, dû à la migration des ions soumis à la force de Coulomb et appelé "vent ionique", est utilisé ici pour modifier l'état collé ou décollé d'un écoulement. Le travail réalisé est divisé en deux parties. L'objectif de la première partie est de développer l'actionneur afin d'obtenir une décharge stable et homogène à travers deux exemples : la décharge couronne et la décharge à barrière diélectrique (DBD). La décharge couronne est obtenue en appliquant une haute tension, AC ou DC, entre deux fils placés à l'intérieur de rainures dans l'isolant. Le champ électrique moyen est de 8 kV/cm, pour un courant moyen de 1,5 mA/m pour une puissance électrique moyenne de 75 W/cm2. La DBD est obtenue en appliquant une haute tension alternative (plusieurs kV avec une fréquence allant de 100 à quelque kHz) entre deux électrodes placées de part et d'autre de l'isolant. Les mesures de vent ionique ont montré pour ces deux décharges une vitesse de 3 m/s environ à 1 mm au-dessus de la paroi. Dans une seconde partie nous avons testé les performances de l'actionneur pour le contrôle d'écoulements. Des essais préliminaires à faible vitesse (< 2 m/s) ont montré la possibilité de recoller un écoulement et de contrôler les structures crées en aval à l'aide d'une décharge pulsée. A plus haute vitesse ( 30 m/s), nous avons contrôlé l'état collé ou décollé d'un écoulement dans le cas d'une couche de mélange plane et d'un jet à section rectangulaire. Nous avons alors observés des modifications sur les propriétés du développement aval de l'écoulement, comme par exemple l'épaisseur de couche de mélange ou de vectorisation du jet. Par ailleurs, ces derniers travaux semblen"
The plasma actuator consists in an electrical discharge established in air at atmospheric pressure between two electrodes flush mounted on the surface of a test profile. Under Coulombic forces, ions created by this non-thermal plasma drift and induce a fluid motion called “ionic wind”. Here, this electrical process is used to modify the detachment or the reattachment of an airflow. The present report is divided in two parts. The first part is dedicated to the development of the actuator in order to obtain a stable and homogeneous discharge. Two discharges are investigated: a corona discharge and a dielectric barrier discharge (DBD). For the corona discharge, a DC or AC high voltage is applied between two wires placed inside grooves. The means electric field is about 8 kV/cm and the mean current is 1. 5 mA/m for a mean electrical power of 75 W/cm2. The DBD is obtained by applying an alternative high voltage (some kV with frequency of 100 up to some kHz) between two electrodes disposed of each side of the dielectric. Ionic wind measurements showed that for both discharge the velocity is about 3 m/s at 1 mm above the surface of the test profile. In a second part, the effect of the actuator is analysed for airflow control. A preliminary study at low velocity (< 2 m/s) demonstrated the ability of the actuator to reattach a naturally detached airflow and to control eddies created downstream by a pulse discharge. At upper velocities ( 30 m/s), the actuator is used to control the detachment and reattachment in the case of a plane mixing layer and a turbulent jet. Results showed that the control modified the development properties of the downstream airflow as the thickness of the mixing layer or jet deflection in the case of a turbulent jet. More, these lasts experiments seems indicated that the actuator is more efficient to detach an airflow than reattached it when the actuator used is the DBD

La présente thèse propose une étude expérimentale du décollement dans le diffuseur d’un modèle de turbine hydroélectrique bulbe. Le décollement se produit quand la turbine est opérée à forte charge et il réduit la section effective de récupération du diffuseur. La diminution de la performance du diffuseur à forte charge engendre une baisse brusque de l’efficacité de la turbine et de la puissance extraite. Le modèle réduit de bulbe est fidèle aux machines modernes avec un diffuseur particulièrement divergent. Les performances de la turbine sont mesurées sur une large gamme de points d’opération pour déterminer les conditions les plus intéressantes pour l’étude du décollement et pour étudier la distribution paramétrique de ce phénomène. La pression est mesurée le long de l’aspirateur par des capteurs dynamiques affleurants alors que les champs de vitesse dans la zone de décollement sont mesurés avec une méthode PIV à deux composantes. Les observations à la paroi sont pour leur part faites à l’aide de brins de laine. Pour un débit suffisant, le gradient de pression adverse induit par la géométrie du diffuseur affaiblit suffisamment la couche limite, entraînant ainsi l’éjection de fluide de la paroi le long d’une large enveloppe tridimensionelle. Le décollement instationnaire tridimensionnel se situe dans la même zone du diffuseur indépendamment du point d’opération. L’augmentation du débit provoque à la fois une extension de la zone de décollement et une augmentation de l’occurrence de ses manifestations. La position et la forme du front de décollement fluctue significativement sans périodicité. L’analyse topologique et celle des tourbillons des champs de vitesse instantanés montrent une topologie du front de décollement complexe qui diffère beaucoup d’une réalisation à l’autre. Bien que l’écoulement soit turbulent, les tourbillons associés aux foyers du front sont clairement plus gros et plus intenses que ceux de la turbulence. Cela suggère que le mécanisme d’enroulement menant aux tourbillons du décollement est clairement distinct des mécanismes de la turbulence.
This thesis presents an experimental investigation of flow separation inside the diffuser of a small scale model of a bulb turbine. The flow separation occurs when the turbine is operated at high discharge and it reduces the diffuser effective area. In the case of bulb turbines, the kinetic energy recovered by the diffuser represents an important part of the total net head available for the runner energy extraction. The decrease of the diffuser efficiency leads to a sudden drop in the turbine efficiency and in the power extraction. The small scale model is faithful to modern turbines with a particularly divergent diffuser. The turbine performances are measured in a large range of operating conditions in order to select the most interesting ones and to investigate the parametric range of the phenomena. The pressure is measured along the diffuser by flush mounted dynamic sensors while the velocity fields inside the separation zone are obtained by a two-component PIV method. Separation observations on the wall are done using tufts. For a sufficient flow rate, the adverse pressure gradient induced by the diffuser geometry sufficiently weakens the boundary layer, thus leading to fluid ejection from the wall along a large three-dimensional envelope. The three-dimensional unsteady flow separation zone is located in the same area independently of the operating points. The flow rate increase leads to a wider separation zone occurring more frequently. The separation front fluctuates significantly both in location and in shape with no periodicity. Topological and vortex analyses on instantaneous velocity fields show a complex separation front topology which differs greatly from one realisation to another. Despite the highly turbulent flow, the separation front vortices are definitely bigger and more intense than turbulent vortices. It suggests that the roll-up mechanisms leading to separation surface vortices appear to be distinct from those of turbulent vortices.