Academic literature on the topic 'Simulation numérique directe de turbulence'

The study of the phenomenon of compressibility for modeling to second order has been made by several authors, and they concluded that models of the pressure-strain are not able to predict the structural evolution of the Reynolds stress. In particular studies and Simone Sarkar et al., a wide range of initial values of the parameters of the problem are covered. The observation of Sarkar was confirmed by the study of Simone et al. (1997,“The Effect of Compressibility on Turbulent Shear Flow: A Rapid Distortion Theory and Direct Numerical Simulation Study,” J. Fluid Mech., 330, p. 307;“Etude Théorique et Simulation Numérique de la Turbulence Compressible en Présence de Cisaillement où de Variation de Volume à Grande Échelle” thése, École Centrale de Lyon, France). We will then use the data provided by the direct simulations of Simone to discuss the implications for modeling to second order. The performance of different variants of the modeling results will be compared with DNS results.

Synopsis Jumping is a common, but demanding, behavior that many animals employ during everyday activity. In contrast to jump-specialists such as anurans and some primates, jumping biomechanics and the factors that influence performance remains little studied for generalized species that lack marked adaptations for jumping. Computational biomechanical modeling approaches offer a way of addressing this in a rigorous, mechanistic fashion. Here, optimal control theory and musculoskeletal modeling are integrated to generate predictive simulations of maximal height jumping in a small ground-dwelling bird, a tinamou. A three-dimensional musculoskeletal model with 36 actuators per leg is used, and direct collocation is employed to formulate a rapidly solvable optimal control problem involving both liftoff and landing phases. The resulting simulation raises the whole-body center of mass to over double its standing height, and key aspects of the simulated behavior qualitatively replicate empirical observations for other jumping birds. However, quantitative performance is lower, with reduced ground forces, jump heights, and muscle–tendon power. A pronounced countermovement maneuver is used during launch. The use of a countermovement is demonstrated to be critical to the achievement of greater jump heights, and this phenomenon may only need to exploit physical principles alone to be successful; amplification of muscle performance may not necessarily be a proximate reason for the use of this maneuver. Increasing muscle strength or contractile velocity above nominal values greatly improves jump performance, and interestingly has the greatest effect on more distal limb extensor muscles (i.e., those of the ankle), suggesting that the distal limb may be a critical link for jumping behavior. These results warrant a re-evaluation of previous inferences of jumping ability in some extinct species with foreshortened distal limb segments, such as dromaeosaurid dinosaurs. Simulations prédictives de la fonction musculo-squelettique et des performances de saut chez un oiseau généralisé Sauter est un comportement commun, mais exigeant, que de nombreux animaux utilisent au cours de leurs activités quotidiennes. Contrairement aux spécialistes du saut tels que les anoures et certains primates, la biomécanique du saut et les facteurs qui influencent la performance restent peu étudiés pour les espèces généralisées qui n’ont pas d’adaptations marquées pour le saut. Les approches de modélisation biomécanique computationnelle offrent un moyen d’aborder cette question de manière rigoureuse et mécaniste. Ici, la théorie du contrôle optimal et la modélisation musculo-squelettique sont intégrées pour générer des simulations prédictives du saut en hauteur maximal chez un petit oiseau terrestre, le tinamou. Un modèle musculo-squelettique tridimensionnel avec 36 actionneurs par patte est utilisé, et une méthode numérique nommée “direct collocation” est employée pour formuler un problème de contrôle optimal rapidement résoluble impliquant les phases de décollage et d’atterrissage. La simulation qui en résulte élève le centre de masse du corps entier à plus du double de sa hauteur debout, et les aspects clés du comportement simulé reproduisent qualitativement les observations empiriques d’autres oiseaux sauteurs. Cependant, les performances quantitatives sont moindres, avec une réduction des forces au sol, des hauteurs de saut et de la puissance musculo-tendineuse. Une manœuvre de contre-mouvement prononcée est utilisée pendant le lancement. Il a été démontré que l’utilisation d’un contre-mouvement est essentielle à l’obtention de hauteurs de saut plus importantes, et il se peut que ce phénomène doive exploiter uniquement des principes physiques pour réussir; l’amplification de la performance musculaire n’est pas nécessairement une raison immédiate de l’utilisation de cette manœuvre. L’augmentation de la force musculaire ou de la vitesse de contraction au-dessus des valeurs nominales améliore grandement la performance de saut et, fait intéressant, a le plus grand effet sur les muscles extenseurs des membres plus distaux (c'est-à-dire ceux de la cheville), ce qui suggère que le membre distal peut être un lien critique pour le comportement de saut. Ces résultats justifient une réévaluation des déductions précédentes de la capacité de sauter chez certaines espèces éteintes avec des segments de membres distaux raccourcis, comme les dinosaures droméosauridés. Voorspellende simulaties van musculoskeletale functie en springprestaties bij een gegeneraliseerde vogel Springen is een veel voorkomend, maar veeleisend, gedrag dat veel dieren toepassen tijdens hun dagelijkse bezigheden. In tegenstelling tot de springspecialisten zoals de anura en sommige primaten, is de biomechanica van het springen en de factoren die de prestaties beïnvloeden nog weinig bestudeerd voor algemene soorten die geen uitgesproken adaptaties voor het springen hebben. Computationele biomechanische modelbenaderingen bieden een manier om dit op een rigoureuze, mechanistische manier aan te pakken. Hier worden optimale controle theorie en musculoskeletale modellering geïntegreerd om voorspellende simulaties te genereren van maximale hoogtesprong bij een kleine grondbewonende vogel, een tinamou. Een driedimensionaal musculoskeletaal model met 36 actuatoren per poot wordt gebruikt, en directe collocatie wordt toegepast om een snel oplosbaar optimaal controleprobleem te formuleren dat zowel de opstijg-als de landingsfase omvat. De resulterende simulatie verhoogt het lichaamszwaartepunt tot meer dan het dubbele van de stahoogte, en belangrijke aspecten van het gesimuleerde gedrag komen kwalitatief overeen met empirische waarnemingen voor andere springende vogels. De kwantitatieve prestaties zijn echter minder, met verminderde grondkrachten, spronghoogtes en spierpeeskracht. Tijdens de lancering wordt een uitgesproken tegenbewegingsmanoeuvre gebruikt. Aangetoond is dat het gebruik van een tegenbeweging van cruciaal belang is voor het bereiken van grotere spronghoogten, en dit fenomeen hoeft alleen op fysische principes te berusten om succesvol te zijn; versterking van de spierprestaties hoeft niet noodzakelijk een proximate reden te zijn voor het gebruik van deze manoeuvre. Het verhogen van de spierkracht of van de contractiesnelheid boven de nominale waarden verbetert de sprongprestatie aanzienlijk, en heeft interessant genoeg het grootste effect op de meer distale extensoren van de ledematen (d.w.z. die van de enkel), wat suggereert dat de distale ledematen een kritieke schakel kunnen zijn voor het springgedrag. Deze resultaten rechtvaardigen een herevaluatie van eerdere conclusies over springvermogen bij sommige uitgestorven soorten met voorgekorte distale ledematen, zoals dromaeosauride dinosauriërs. Prädiktive Simulationen der muskuloskelettalen Funktion und Sprungleistung bei einem generalisierten Vogel Springen ist ein übliches jedoch anstrengendes Verhalten, das viele Tiere bei ihren täglichen Aktivitäten einsetzen. Im Gegensatz zu Springspezialisten, wie Fröschen und einigen Primaten, sind bei allgemeinen Arten, welche keine ausgeprägten Anpassung für Sprungverhalten aufweisen, die Biomechanik beim Springen und die Faktoren, welche die Leistungsfähigkeit beeinflussen, noch wenig untersucht. Computergestützte biomechanische Modellierungsverfahren bieten hier eine Möglichkeit, dies in einer gründlichen, mechanistischen Weise anzugehen. In dieser Arbeit werden die optimale Steuerungstheorie und Muskel-Skelett-Modellierung zusammen eingesetzt, um die maximale Sprunghöhe eines kleinen bodenlebenden Vogels, eines Perlsteisshuhns, zu simulieren und zu prognostizieren. Es wird ein dreidimensionales Muskel-Skelett-Modell mit 36 Aktuatoren pro Bein verwendet, und durch direkte Kollokation wird ein schnell lösbares optimales Steuerungsproblem formuliert, das sowohl die Abstoss- als auch die Landephase umfasst. Die daraus folgende Simulation bringt den Ganzkörperschwerpunkt auf mehr als das Doppelte seiner Standhöhe und entscheidende Aspekte des simulierten Verhaltens entsprechen qualitativ empirischen Beobachtungen für andere springende Vögel. Allerdings ist die quantitative Leistungsfähigkeit geringer, mit reduzierten Bodenkräften, Sprunghöhen und Muskel-Sehnen-Kräften. Beim Abstossen wird ein ausgeprägtes Gegenbewegungsmanöver durchgeführt. Die Durchführung einer Gegenbewegung ist nachweislich entscheidend für das Erreichen grösserer Sprunghöhen, wobei dieses Phänomen möglicherweise nur physikalische Prinzipien auszuschöpfen braucht, um erfolgreich zu sein. Die Verstärkung der Muskelleistung ist daher möglicherweise nicht zwingend ein unmittelbarer Grund für die Verwendung dieses Manövers. Eine Erhöhung der Muskelkraft oder der Kontraktionsgeschwindigkeit über die Nominalwerte hinaus führt zu einer erheblichen Zunahme der Sprungleistung und hat interessanterweise den grössten Effekt bei den weiter distal gelegenen Streckmuskeln der Beine (d.h. bei denjenigen des Sprunggelenks), was darauf hindeutet, dass die distale Gliedmasse ein entscheidendes Element für das Sprungverhalten sein könnte. Diese Ergebnisse geben Anlass zur Überprüfung früherer Schlussfolgerungen hinsichtlich der Sprungfähigkeit einiger ausgestorbener Arten mit verkürzten distalen Gliedmassen, wie beispielsweise bei dromaeosauriden Dinosauriern.

La turbulence homogène et isotrope fut formalisée par Kolmogorov (1941), à l'aide d'une analyse dimensionnelle. Il parvint à démontrer que la densité spectrale de l'énergie cinétique, $E(k)$ suivait une loi en $k^{-5/3}$. Ce comportement est connu sous le nom de cascade de Kolmogorov. Dans de nombreux contexte géophysique ou astrophysiques, l'hélicité cinétique joue un rôle important. Parker (1955) a notamment démontré que l'hélicité cinétique pouvait contribuer à l'amplification d'un champ magnétique pour des écoulements conducteurs. Brissaud {it et al} (1973) ont alors tenté de déterminer l'influence que l'hélicité cinétique pouvait avoir sur les spectres d'énergie cinétique. Brissaud {it et al} (1973) suggèrent l'existence d'une cascade pour laquelle les spectres d'énergie cinétique suivent une loi en $k^{-7/3}$. Dans la première partie de ce manuscrit nous allons confirmer à l'aide de simulations numériques directes (DNS) l'existence d'une loi asymptotique en $k^{-7/3}$. Nous aurons également recourt à la décomposition en modes hélicitaires afin d'analyser de manière approfondie la physique qui régit ces écoulements. Dans de nombreux écou-le-ments géophysique ou astrophysiques, la turbulence est très forte, et une très large gamme d'échelles est impliquée. Bien que la puissance des calculateurs ait considérablement augmentée ces dernières années, il n'est toujours pas possible de simuler l'ensemble de cette gamme d'échelles pour des configurations réalistes. Une solution connue sous le nom de Large Eddy Simulations (LES) permet de réaliser des simulations de ce type d'écoulement. Concrètement, lors de la réalisation d'une LES, les grandes échelles de l'écoulement sont résolues, et les interactions entre les grandes et les petites échelles de l'écoulement sont modélisées. Divers modèles de turbulence existent déjà pour la réalisation de LES en turbulence. Néanmoins leurs limites ne sont pas toujours bien connues dans le cadre de la turbulence magnétohydrodynamique (MHD), c'est-à-dire pour les fluides conducteurs de l'électricité que l'on rencontre en géophysique ou astrophysique. Dans la seconde partie de ce manuscrit nous allons donc évaluer les performances fonctionnelles (voir Sagaut (2002)) de ces différents modèles dans des configurations correspondant à des dynamos turbulentes, c'est-à-dire à des régimes où un champ magnétique est généré par un fluide conducteur animé d'un mouvement turbulent. Nous étudierons notamment la capacité des modèles LES à reproduire les échanges énergétiques entre grandes et petites échelles. Pour ce faire, nous réaliserons plusieurs DNS, pour des écoulements non-hélicitaires (menant à des dynamos de petites échelles) et des écoulements hélicitaires (menant à des dynamos de grandes échelles). `A l'aide d'une opération de filtrage, nous calculerons les transferts sous-mailles exacts, puis les comparerons aux prédictions fournies par les modèles. Finalement nous réaliserons des LES à l'aide des différents modèles et nous les comparerons aux DNS filtrées<br>Homogeneous and isotropic turbulence was first formalized by Kolmogorov (1941), through dimensional analysis. He managed to show that the spectral density of kinetic energy, $E(k)$, was following a $k^{-5/3}$ law. This behaviour is known as Kolmogorov's cascade. For many geophysical and astrophysical flow, kinetic helicity plays an important role. For instance, Parker (1955) showed that for conductive fluids such as Sun, kinetic helicity could contribute to amplify the magnetic field. Brissaud {it et al} (1973) tried to show that kinetic helicity could have an influence on the spectral density of kinetic energy. Through dimensional analysis they suggested the existence of a cascade for which the kinetic energy spectra would follow a $k^{-7/3}$ law. In the first part of this thesis we will confirm thanks to Direct Numerical Simulations (DNS) the existence of such an asymptotic limit in $k^{-7/3}$. We will also use helical decomposition to perform a deep analysis of the physics encountered within such flows. In several geophysical and astrophysical fluids, turbulence is very strong, and involves a large range of scales. Despite the strong development of computational resources the last few decades, it remains impossible to simulate this range of scales for realistic configurations. One solution is known as Large Eddy Simulations (LES). While a LES is performed, only the large scales of the flow are resolved, and the interactions between large and small scales are modeled. Several turbulence models have been developed for LES of turbulence. Nevertheless, the limitations of these models are not always well known for magnetohydrodynamic (MHD) turbulence, i.e for conductive fluids that can be encoutered in geophysics and astrophysics. In the second part of this thesis we will evaluate the functional performances (see Sagaut (2002)) of these models for several flow configurations involving turbulent dynamo action, i.e when a magnetic field is amplified though the action of a turbulent conductive fluid. In particular we will study the capabilities of LES models to reproduce energy exchanges between large and small scales. In order to do so, we will perform several DNS, for both non-helical flows (i.e leading to small scale dynamo) and helical flows (i.e leading to large scale dynamo). Thanks to a filtering operation we will compute the exact subgrid-scale transfers and compare them to the predictions given by several models. Finally we will achieve LES using subgrid-scale models and we will compare them to filtered DNS

Lorsqu’une sonde rentre dans l’atmosphère à une vitesse hypersonique, le bouclier thermique reçoit plusieurs centaines de MW. M−2. Ce flux est absorbé par la paroi (composite C/C) grâce à des réactions physico-chimiques (oxydation, sublimation, etc. ). Les expériences de jet de plasma révèlent que cette perte de matière s’accompagne de l’apparition de rugosités spécifiques lorsque le régime de l’écoulement est turbulent. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif de caractériser, à la plus petite échelle de la turbulence (échelle de Kolmogorov), l’interaction entre l’écoulement turbulent et une paroi ablatable afin de mieux évaluer la formation de ces rugosités. La première phase de ce travail a ainsi consisté en la validation physique des phénomènes turbulents simulés, d’abord en configuration périodique puis en présence de surfaces de blocage pariétal. Pour cela, nous avons développé et adapté à une configuration de présence de paroi, une méthode de forçage spectral de la turbulence dont nous validons l’implémentation. Pour cela, un traitement statistique des résultats a été élaboré pour prendre en compte le caractère aléatoire de la turbulence. L’étude de l’évolution structurelle du matériau ablaté, couplé à un champ de vitesse turbulent, démontre alors l’influence du nombre de Reynolds de turbulence et de la taille des structures porteuses d’énergie, sur la vitesse de récession de la paroi et les motifs rugueux observés.

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<br>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

Le contrôle d'écoulements cisaillés libres incompressibles (jet rond et couche de mélange plane) par un ou plusieurs petits jets soufflant dans la zone de transition à la turbulence est étudié numériquement. L'utilisation de schémas de discrétisation très précis et d'une condition d'entrée réaliste permet d'étudier l'influence du ou des jets de contrôle sur la dynamique de l'écoulement manipulé. Dans un premier temps, le contrôle d'un jet rond par deux petits jets soufflant radialement est présenté. Six configurations de contrôle sont étudiées, pour différentes orientations, avec des jets de contrôle débitant de façon stationnaire ou instationnaire. L'expansion du jet est fortement modifiée par l'injection de fluide. On observe notamment une réduction significative de la longueur du cône potentiel. Les modifications structurelles de l'écoulement principal induites par les jets de contrôle ne conduisent cependant pas à une augmentation importante de la production d'enstrophie. L'effet du contrôle sur les propriétés de mélange d'un scalaire passif est également considéré en étudiant la distribution de ce dernier. L'utilisation de jets de contrôle pulsés apparaît comme étant la configuration la plus favorable pour augmenter le mélange du scalaire passif. Une couche de mélange plane turbulente contrôlée par un seul jet soufflant de manière continue est également étudiée, afin de préciser certains phénomènes observés lors de l'étude du jet rond, comme la pénétration intermittente du jet de contrôle dans la couche cisaillée. Ces résultats sont utilisés pour construire une boucle de contrôle actif ouverte. L'écoulement manipulé est une couche de mélange plane, initiallement bidimensionnelle. Ces résultats préliminaires permettent de proposer une stratégie de contrôle plus efficace, basée à la fois sur la fréquence et la phase des structures grandes échelles de l'écoulement manipulé.

Cette thèse a pour objectif d'améliorer les connaissances et les modèles de la combustion turbulente prémélangée et en particulier de la formation des polluants dans les flammes turbulentes. Basée sur une approche de simulation numérique directe, bâtie autour du code NTMIX-CHEMKIN et en tenant compte de cinétiques chimiques complexes, nous avons étudié, d'une part, l'interaction d'une flamme de prémélange plane avec une paire de tourbillons, d'autre part, l'interaction flamme turbulence sur la base d'une turbulence homogène isotrope bidimensionnelle. Les résultats de ces études montrent l'inadéquation de certains schémas cinétiques pour la description de l'interaction flamme-tourbillons et donc, à fortiori, pour l'interaction flamme-turbulence. On trace également l'évolution de grandeurs caractéristiques telles que le taux de dégagement de chaleur et l'émission lumineuse au cours de l'interaction. L'étude de flammes turbulentes montre le rôle du monoxyde de carbone en tant qu'intermédiaire clé entre l'oxydation du combustible méthane et la formation du dioxyde de carbone. On observe également que la formation instantanée du monoxyde d'azote no dans une flamme turbulente suit la même dépendance de la température que celle d'une flamme laminaire et peut donc être modélisée en faisant intervenir la fonction de densité de probabilité de la température de l'écoulement turbulent. Par ailleurs, l'analyse statistique des flammes avec une cinétique chimique complexe montre qu'il n'est pas possible d'obtenir les propriétés représentatives d'une surface de flamme à partir d'un seul iso-contour d'une variable caractéristique. L'exploitation de résultats de simulation numérique directe pour ce type de modèles de combustion nécessite l'introduction de grandeurs globales, définies ici par intégration perpendiculaire au front de flamme.

On procède à la simulation numérique directe de l'interaction turbulence-sans-cisaillement/surface-plane, par une méthode pseudo-spectrale. L'originalité de la configuration tient au fait que la turbulence est entretenue à distance par un forçage aléatoire localisé au voisinage d'un plan parallèle à la surface. L'écoulement est donc statistiquement stationnaire et la couche de surface continûment alimentée par diffusion turbulente. Les évolutions des quantités statistiques et des bilans des tensions de Reynolds sont données et permettent de préciser la structure de la couche d'interaction. Une méthode originale d'analyse et de quantification des structures élémentaires participant au transfert d'énergie intercomposantes est proposée et testée. Cette grille d'analyse permet une meilleure compréhension du contenu de la corrélation pression-déformation en présence d'une surface imperméable.

On procède à la simulation numérique directe de l'interaction turbulence-sans-cisaillement/surface-plane, par une méthode pseudo-spectrale. L'originalité de la configuration tient au fait que la turbulence est entretenue à distance par un forçage aléatoire localisé au voisinage d'un plan parallèle à la surface. L'écoulement est donc statistiquement stationnaire et la couche de surface continuement alimentée par diffusion turbulente. Les évolutions des quantités statistiques et bilans des tensions de Reynolds sont donnés et permettent de préciser la structure de la couche d'interaction. Une méthode nouvelle d'analyse et de quantification des structures élémentaires participant au transfert d'énergie intercomposantes est proposée et testée, permettant de progresser dans la compréhension des mécanismes attachés à l'influence, sur la corrélation pression-déformation, de la présence d'une surface imperméable<br>A Direct Numerical Simulation of the interaction between no-shear turbulence and a free-slip surface is performed using a pseudo-spectral method. The originality of the configuration yields in the fact that the turbulence is created by a distant random forcing term localised in the vicinity of a plane parallel to the surface. The flow is therefore statistically steady and the surface layer is continuously fed by turbulent diffusion. The evolutions of the statistical quantities and of Reynolds shear stresses are studied and are used to define the structure of the interaction layer. A new method of analyzing and quantifying the elementary structures, that contribute to the intercomponent energy transfers, is proposed and evaluated. It allows some improvements in the understanding of the mechanisms linked to the influence on the pressure-deformation correlation, in the presence of an impermeable surface

Ces travaux sont principalement consacrés à l'étude de la combustion turbulente prémélangée et à sa modélisation. L'outil numérique qui a été choisi est la Simulation Numérique Directe (DNS). Tout d'abord, des flammes planes placées dans des turbulences homogènes et isotropes ont été simulées. Il a été montré que cette configuration ne permet pas d'obtenir de solutions statistiquement stationnaires, ce qui limite considérablement leur utilisation pour tester des modélisations qui ont pour objet de décrire le comportement des champs moyens. L'accent a alors porté sur la réalisation de DNS proches de configurations expérimentales. Des flammes en V se développant dans différentes turbulences de grille et stabilisées par un fil chaud ont été étudiées. A partir des données issues de la DNS, l'interaction flamme-turbulence a été analysée. Deux régimes de transport turbulent sont observés : un régime de type gradient et un régime de type contre-gradient. C'est donc une formulation au second ordre qui a été retenue pour analyser la modélisation de la combustion turbulente. La formulation au second ordre fait intervenir de nouveaux termes qui doivent être modélisés pour que le problème soit fermé. Ce sont les modèles basés sur l'approche conditionnelle développée par Bray, Moss et Libby qui sera retenue. Suivant ce formalisme, une évaluation des termes et des fermetures existantes a été effectuée. Puis de nouveaux modèles, plus précis, ont été proposés. Enfin, les travaux ont évolué vers l'étude de la densité de surface de flamme. Sa fermeture algébrique et les termes, qui apparaissent dans son équation de transport, ont été étudiés. A l'aide de ces résultats, une nouvelle fermeture pour le taux de dissipation scalaire est proposée.

On aborde dans cette thèse l'étude théorique et numérique de la Turbulence Cinématiquement Homogène Isotrope et Massiquement Inhomogène (T. C. H. I. M. I. ). A travers cette configuration, notre travail a permis de mettre en évidence certains mécanismes fondamentaux relatifs à la classe des écoulements turbulents basse vitesse à masse volumique variable. A l'aide d'une méthode pseudo-spectale classique, un outil numérique a été développé permettant la simulation directe de la T. C. H. I. M. I. . Cet écoulement turbulent à faible nombre de Mach mélange des poches de gaz de masse volumique différente, dont le rapport de densité initial vaut 5. Pour étudier l'influence de la variation de masse volumique constante, la situation à masse volumique variable est comparée au cas isovolume à travers différents moments statistiques. Dans le but d'accentuer les effets de densité, notre analyse s'est également orientée vers la détermination des facteurs susceptibles d'engendrer des modifications cinématiques plus significatives. Pour ce faire, des bilans spectraux d'énergie cinétique et d'enstrophie ont, entre autre, été mis en place. Différents calculs ont été conduits, amenant à une meilleure compréhension des mécanismes prépondérants dans cette situation

Une configuration en T-jonction a été étudiée pour sa simplicité en géométrie en comparant avec d’autres mélangeurs en industrie. Plus particulièrement, j’ai effectué des simulations numériques directes avec OpenFOAM des T-jonction convergent à section circulaire et rectangulaire. Les fluides Newtonien et non-Newtonien (modèle Bird-Carreau) ont été pris en compte. Dans un premier temps, j’ai comparé mes données avec le travail expérimental de Nguyen [1] sur le T-jonction circulaire en régime deflecting. J’arrive à valider la DNS avec les données expérimentales. L’organisation des structures cohérentes sont illustrées en régime laminaire et turbulent en Newtonien et en non-Newtonien. Dans un deuxième temps, j’ai simulé deux régimes (deflecting et impinging) dans un T-jonction rectangulaire en Newtonien et en non-Newtonien. J’ai montré l’existence de structures cohérentes (par example kidney vortex) qui servent de moteur au mélange du scalaire passif propre au non-Newtonien. L’efficacité de mélange est augmentée en régime impinging par rapport au régime deflecting. Le shifting du pic de turbulence est observé uniquement en régime impinging<br>For the simplicity in geometry by comparing it with other mixers in the industry, flows in T-junction configuration have been studied. More specifically, Direct Numerical Simulations is carried out using OpenFOAM on a convergent T-junction configuration with circular and rectangular cross-section. Both Newtonian and non-Newtonian fluids (Bird-Carreau model) are taken into account. Firstly, DNS data is compared to Nguyen’s experimental work on the circular T-junction at regime deflecting [1]. Good agreement between simlation and experiment is achieved. The organization of coherent structures is illustrated in laminar and turbulent for both Newtonian and non-Newtonian cases. Secondly, two flow regimes (deflecting and impinging) are simulated in a rectangular T-junction for the same Newtonian and non-Newtonian fluids. The existence of non-Newtonian coherent structures (e.g. kidney vortex ) is shown. These structures are regarded as essential mixing mechanism of passive scalar mixing. The mixing efficiency is increased in regime impinging compared to regime deflecting. The shifting of the turbulence peak is only observed in regime impinging