Dissertations / Theses: 'Ecoulement en couche limite'

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LACASSIN, GERALD. "Etude d'une interaction tridimensionnelle onde de choc/couche limite turbulente en ecoulement supersonique." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066131.

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Abstract:

Cette etude traite de l'interaction tridimensionnelle onde de choc/couche limite turbulente, qui est un phenomene d'un grand interet pratique pour les avions supersoniques. L'interaction est induite par une plaque plane a bord d'attaque arrondi, montee perpendiculairement a la paroi inferieure d'une soufflerie. Les champs de vitesses moyennes et turbulentes sont mesures dans des plans longitudinaux, a l'aide d'explorations par velocimetrie laser tridimensionnelle, completees par des releves de pression parietale, et par des visualisations de lignes de frottement. La structure de chocs en lambda et l'organisation tourbillonnaire de l'ecoulement decolle sont examinees. Les proprietes de la turbulence sont analysees, notamment en relation avec la structure du champ moyen. Le trainage des particules d'ensemencement est evalue au voisinage des chocs. Cette experience est simulee par un code de resolution des equations moyennees en temps de navier-stokes compressibles, associees a un modele de turbulence algebrique de longueur de melange. La methode numerique employee se caracterise par un schema explicite centre avec une approche volumes finis, en maillage structure. Nous analysons l'influence de la distribution de viscosite turbulente sur l'interaction, ainsi que l'independance du calcul vis a vis du maillage. La validite du modele de turbulence est discutee par une confrontation avec certains resultats experimentaux

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Tanière, Anne. "Comportement de particules solides au sein d'une couche limite turbulente." Valenciennes, 1996. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/cbb40afa-4540-4418-9ba5-d75c8e0e8fcd.

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Abstract:

Cette étude est consacrée au comportement d'une phase solide dispersée sous l'effet d'un écoulement porteur turbulent et d'interactions particules-paroi. Par l'intermédiaire de rapports d'échelles de temps, quatre comportements de particules sont mis en évidence dont deux asymptotiques: la suspension et la saltation pures. Entre ces deux états est défini un milieu interactif ou le comportement des particules est plus ou moins influence par la turbulence et les chocs contre la paroi. Le paramètre de croisement de trajectoires semble départager le milieu interactif en deux sous domaines: la suspension et la saltation modifiées. Un modèle à deux phases est choisi pour décrire le comportement des particules au sein de ces nouveaux domaines. Les approximations de couche limite sont appliquées aux équations obtenues en moyennes d'ensemble et de type Favre, fermées par une loi de type gradient ou sont distingués les coefficients de transfert de quantité de mouvement et de masse lies aux particules. Ce transfert de masse est modélisé à partir du modèle de Wang et Stock corrigé par un terme relatif aux interactions particule-paroi. Des expériences basées sur les mesures de flux massiques par sonde de prélèvement et sur les mesures de vitesse moyenne et fluctuantes de la phase solide par anémométrie laser sont réalisées en soufflerie. L'application des critères théoriques prévoit deux comportements différents des particules utilisées, bien qu'elles soient issues du même milieu interactif. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l'influence simultanée de la turbulence et des effets de saltation sur le comportement des particules. La différence de comportement prévue est confirmée. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques est satisfaisante. Le modèle établi sous-estime les valeurs de vitesses moyennes et donne des valeurs correctes de flux massique de particules. L'approche proposée décrit correctement le comportement de particules solides au sein d'une couche limite turbulente en air.

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Boutouili, Mohieddine. "Etude statistique expérimentale d'une combustion turbulente en couche limite." Poitiers, 1988. http://www.theses.fr/1988POIT2336.

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Abstract:

Etude portant sur la combustion d'un premelange propane-air injecte a travers une paroi poreuse dans un ecoulement de gaz brule confine dans une veine de section constante. Mesures de la temperature fluctuante par thermocouple fin et de la vitesse par anemometrie doppler-laser

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Atmani, Rachid. "Contribution à l'étude de la couche limite tridimensionnelle et de son décollement autour des corps fuselés." Valenciennes, 1995. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/5e9b921c-607f-4c89-9287-62078c863606.

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Abstract:

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.

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Meunier, Michel-Ange. "Envol et transport de particules en couche limité turbulente instationnaire." Valenciennes, 1999. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/88ecdd6d-74f4-4c5e-a2d5-6fc59a13271b.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire est consacré aux problèmes d'érosion éolienne des tas de stockage de matière première sur sites industriels. L'aspect instationnaire de l'écoulement est pris en compte. Les phénomènes d'envol et de transport de particules sont intimement liés aux fluctuations turbulentes résultant de structures cohérentes dans la zone pariétale. L'analyse spectrale d'une rafale de vent montre que les basses fréquences sont les composantes les plus énergétiques. Dans une soufflerie instationnaire (fréquence de pulsation 0,1 à 0,5 Hz), par mesures thermo-anémométriques les moments d'ordre 2, 3, 4 sont déterminés pour les fluctuations de la contrainte pariétale et de la vitesse longitudinale. En configuration stationnaire, les résultats sont en accord avec la littérature. Le paramètre caractéristique de l'instationnarité utilisé est l+s. Pour des valeurs de ce paramètre allant de 109 à 213, la turbulence réagit de façon similaire aux principaux résultats bibliographiques, mais pour des plages de l+s décalées. De plus, les mesures de la sonde mobile corroborent les mesures pariétales. En présence de particules modèles (sphériques), lors du processus de saltation, les investigations expérimentales sont menées par analyses d'images et pesées différentielles. En régime stationnaire, les flux massiques et évolutions des profils de concentration de particules sont en accord avec la littérature. Selon les cas, une décroissance temporelle est observée. Le profil de vitesse des particules est déterminé par PIV. En régime pulsé, une baisse des valeurs semble pouvoir être attribuée au retard de phase de la partie solide lie au rapport des temps caractéristiques des deux phases en présence
This experimental study deals with particles laden wind generated above piles of materials in steelworks sites. Especially, unsteady aspect of the flow is taken into account. Take-off and transport processes are connected with turbulent fluctuations which result of coherent structures in the near wall region. Gust analysis shows predominance of low frequencies in the energy spectrum. Hot wires gauges are used in a pulsating wind channel (frequency from 0. 1 to 0. 5 Hz) in order to measure the 2nd, 3rd or 4th mode, results are in good agreement with literature. ʪ+ is the main parameter to characterize pulsating flows. For ʪ+ values from 109 to 213, turbulence reacts in the same way as reported in others studies but with different ranges. Moreover, turbulence characteristics measured from static wall jauge are the same as those obtained with jauge mounted on a traversing mechanism. Spherical particles laden flow shows a saltation process. Experimental investigations consist on images processing and weighting method. In stationary mode, mass flux and slope of particles concentration profiles are in good agreement with literature. According to velocities values, a temporal decay of the two previous parameters is observed. Particles velocities profiles are determined by cross-correlation processing. In pulsating flow, mass flux mean values decrease, which could be attributed to the phase shift between solid and fluid phases. This behaviour seems to depend on the ratio of characteristic times of both phases. Moments of the longitudinal wall shear stress and velocity fluctuations. In stationary stationary mode, mass flux and slope of particles concentration profiles are in good agreement with literature. According to velocities values, a temporal decay of the two previous parameters is observed. Particles velocities profiles are determined by cross-correlation processing. In pulsating flow, mass flux mean values decrease, which could be attributed to the phase shift between solid and fluid phases. This behaviour seems to depend on the ratio of characteristic times of both phases

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Bur, Reynald. "Etude fondamentale sur le controle passif de l'interaction onde de choc/couche limite turbulente en ecoulement transsonique." Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066053.

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Abstract:

Une analyse detaillee d'une intraction onde de choc/couche limite turbulente soumise a un controle passif a ete effectuee dans un canal transsonique, avec la prise en compte des parametres suivants: position du choc par rapport a la cavite, porosite et diametre des trous de la grille perforee, profondeur de la cavite. L'ecoulement est qualifie au moyen de visualisations strioscopiques, de mesures de pression sur les parois de la veine et de sondages au velocimetre laser bidirectionnel. Un bilan de quantite de mouvement realise dans la region du controle a permis de degager des configurations pour lesquelles la trainee de frottement est reduite par rapport au cas de reference sans controle. L'etude theorique est basee sur une approche du type couche limite faisant appel aux equations de prandtl au premier ordre. Le champ turbulent est defini a l'aide de modeles a l'equilibre ou a effet d'histoire. Les modifications dues au controle passif interviennent a la fois sur le champ moyen, via l'existence d'une vitesse de transpiration pour laquelle des lois empiriques sont proposees donnant une condition a la limite non nulle a la paroi et sur le champ turbulent, l'effet etant pris en compte par l'introduction d'une fonction d'amortissement de van driest corrigee. Une confrontation avec certains resultats experimentaux permet de donner des tendances sur la validite des modeles de turbulence et des modifications apportees afin de tenir compte du controle

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Petit, Pascal. "Ecoulement produit par une rangée de jets inclinés débouchant dans une couche limite turbulente ; application au refroidissement." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2344.

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Abstract:

L'amelioration des performances des reacteurs d'avions passe par l'accroissement de la temperature dans la chambre de combustion. Cette elevation de temperature represente un risque pour la duree de vie des aubes de turbine du reacteur dans laquelle entrent les gaz brules. Il devient donc imperatif de refroidir ces aubes. Notre etude porte sur une configuration simplifiee de ce type d'ecoulement et rend compte de l'influence de cinq parametres principaux dans le cas d'une rangee de jets cylindriques turbulents inclines debouchant dans une couche limite turbulente de plaque plane. A partir de visualisations parietales detaillees, la topologie de l'ecoulement pres de la paroi a ete definie et fait apparaitre trois taux d'injection critiques pour lesquels la structure topologique change de forme. L'etude precise l'influence du taux d'injection (principalement), de l'espacement entre les jets d'une rangee (avec le cas limite du jet unique), de l'epaisseur de la couche limite transversale et de l'angle d'incidence des jets sur la position des nombreux points et lignes de courant singuliers a la paroi. La presence d'un ecoulement retour sous les jets est mise en evidence, meme aux plus faibles valeurs du taux d'injection. Les tomographies laser, les releves de pression parietale et les nombreux profils de pression totale montrent que cet ecoulement inverse sous les jets n'est alimente en fluide exterieur qu'au dela de la valeur critique la plus faible du taux d'injection et qu'il est le siege d'une depression d'allure complexe. Enfin, l'etude thermique montre que l'utilisation d'orifices d'injection evases vers l'aval ameliore le transfert de chaleur a l'aval immediat de la rangee

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Benhalima, Reda Bachir. "Contribution à l'étude de la couche limite laminaire tridimensionnelle autour d'un corps de révolution en vibrations harmoniques." Valenciennes, 1996. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/fca1e588-6ef6-4e1b-86e6-3c672e09ad49.

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Abstract:

Notre étude s'inscrit dans un cadre purement fondamental et complémentaire à tous les travaux effectués dans le domaine des écoulements instationnaires, allant de l'obtention de solutions exactes de quelques cas très simples à des solutions asymptotiques au voisinage de basses ou hautes fréquences (ou amplitudes) de vibration. On s'est intéressé plus particulièrement à la structure de la couche limite (détermination des composantes de vitesse ainsi que les coefficients de frottement) autour d'un ellipsoïde de révolution placé sous incidence et mis en vibrations harmoniques dans un écoulement laminaire d'un fluide visqueux newtonien incompressible. L’approche a été purement théorique et reposant nécessairement sur deux procédés de résolution des équations de la couche limite. La méthode des approximations successives qui consiste sous certaines conditions physiques à construire la solution de proche en proche sous la forme d'une série, la convergence de cette série dépend de ces conditions physiques. La méthode de lin qui s'applique bien dans le cas où l'écoulement extérieur est perturbé par des hautes fréquences. On note aussi l'introduction de quelques paramètres de contrôle de la couche limite tel que le paramètre magnétique et le facteur de glissement à la paroi de l'obstacle considéré.

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Arnoux, Joël. "Champ turbulent d'une couche limite tridimensionnelle sur paroi mobile." Aix-Marseille 2, 1986. http://www.theses.fr/1986AIX22024.

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Abstract:

Determination directe des tensions de reynolds dans un ecoulement tridimensionnel a l'autre d'une sonde a 4 fils chauds etalonnee par deux methodes. Les mesures sont effectuees dans la couche limite turbulence qui se developpe sur un cylindre en rotation axiale

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Masmoudi, Mohamed. "Etudes des proprietes physiques d'un ecoulement dans la couche limite atmospherique sur un terrain complexe au cours de l'experience mesogers-84." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066403.

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Abstract:

L'objectif de la these a ete d'etudier a partir des donnees de quatre sodar doppler: le champ de vent dans la couche limite atmospherique sur un terrain complexe au cours de l'experience mesogers 84, pour les differents etats de la couche limite atmospherique (etat convectif et etat nocturne); le comportement des spectres de la vitesse du vent horizontal moyen, celui des fonctions de structure spatiales et temporelles afin de tester l'hypothese de taylor et de determiner la vitesse de transport. J'ai mis en evidence les caracteristiques physiques de l'ecoulement dans la couche limite atmospherique pendant les journees des 26, 27 et 28 septembre correspondant a une situation de ciel clair. Pendant la periode convective l'ecoulement presente une homogeneite horizontale dans la couche de surface. Pendant la phase nocturne la couche limite est loin d'etre horizontalement homogene. Le flux de quantite de mouvement au sommet de la couche stable associe a l'effet d'entrainement a ete etudie: une relation empirique trouvee permettant de determiner le flux de quantite de mouvement en fonction du cisaillement du vent moyen dans la couche d'inversion. D'autre part l'analyse des spectres d'energie de la vitesse horizontale du vent pendant les trois journees montre que les spectres d'energie suivent une loi voisine de 5/3 dans la zone inertielle. Les fonctions de structure spatiales et temporelles montrent la validite de l'hypothese de taylor: la vitesse de transport est proche de la vitesse moyenne du vent pendant les 3 jours

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Martel, Emmanuel de. "Simulation numérique des grandes échelles des interactions choc / couche limite." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066285.

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Abstract:

Les interactions choc/couche limite sont fréquentes dans les applications aérospatiales. Elles participent à des phénomènes dangereux tels que le buffeting ou le pompage des entrées d’air supersonique. Les mécanismes impliqués dans ces interactions restent mal compris. Ils font intervenir des échelles de temps et d’espace très variées, dont les simulations de type LES (Large Eddy Simulation) peuvent rendre compte. Ces travaux se basent sur l’étude expérimentale d’une réflexion d’onde de choc avec décollement de la couche limite. Différentes techniques de génération de conditions d’entrées instationnaires ont été implémentées. Pour l’interaction avec fort décollement, les parois latérales de la soufflerie doivent être prises en compte. Le surcoût entrainé nécessite de mettre en oeuvre une méthode hybride, la DDES (Delayed Detached Eddy Simulation). Les résultats obtenus suggèrent que la DDES nécessite d’être stimulée par de la turbulence pour traiter avec précision ce cas d’interaction.

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Kouakou, Jacques Kouamé Kan. "INSTABILITES DES INTERFACES ECOULEMENT / FOND ERODABLE : APPROCHES ASYMPTOTIQUES." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011485.

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Abstract:

Les dunes de sable dans le désert ou les rides sur les plage sont issues de problématiques d'interaction entre un écoulement (d'eau et/ou de vent) et un tas de sable. Sous l'hypothèse que les perturbations dues à l'hydrodynamique de l'interaction restent confinées dans une fine couche visqueuse près du fond de l'écoulement, nous obtenons des résultats analytiques et numériques de la stabilité des rides sur un fond érodable à long terme. Ces résultats sont comparés favorablement à certaines études expérimentales. Dans le cas d'un tas de sable posé sur un fond non érodable, nous montrons qu'avec la seule longueur de saturation ou le seuil de mise en mouvement des grains, il est possible de relier des configurations finales de dunes de tailles différentes, sous des cisaillements différents, à partir de transformations auto-similaires.

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Lémery, Cédric. "Convection et couche limite thermique: lien entre la convection du manteau terrestre et la dynamique de la lithosphère." Lyon, École normale supérieure (sciences), 2001. http://www.theses.fr/2001ENSL0206.

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Abstract:

La convection dans le manteau terrestre est abordée à travers l'histoire thermique de la Terre. Une revue des différents phénomènes impliqués est proposée avec un soin tout particulier pour le calcul de la chaleur libérée par contraction thermique et par la ségrégation. L'influence de la formation des continents a également été prise en compte. Une évolution de la température est proposée et semble indiquer qu'à l'issue de sa formation la Terre n'était guère plus chaude qu'actuellement. Afin d'expliquer ce phénomène, un modèle de convection extrêmement efficace qui aurait évacué la chaleur primitive très rapidement est présenté. Les plaques lithosphériques sont les couches lirnites thermique du système convectif terrestre. La dynamique des plaques constitue donc l'essence de la convection terrestre. Un modèle de convection en régime visqueux infiniment éloigné du seuil est décrit en s'appuyant sur la dynamique de la couche limite thermique. Dans ce cadre le moteur de la convection réside dans le premier moment des hétérogénéités de température à travers cette couche limite. Ce champ bi-dimensionnel est la source d'un champ de vitesse dont les divergences contribuent à l'instabilité du système. La caractérisation analytique et numérique de l'émergence des panaches et de leur interaction est proposée. . La convection terrestre est caractérisée par une structuration en plaque à sa surface. Il est probable que l'ingestion d'eau dans la croûte terrestre soit essentiel pour ce processus. Des modèles récents de dynamique de fluides biphasés incluant des phénomènes de tension superficielle rendent compte de l'endommagement et de la localisation des contraintes. Afin d'en explorer un cas simplifié, la dynamique d'une matrice poreuse est décrite. L'étude du cas unidimensionnel est développée et montre que le cisaillement permet de stocker de l'énergie surfacique. Ceci fournit les bases d'un modèle heuristique de rhéologie non linéaire à mémoire.

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Solakoglu, Erhan. "Modélisation des écoulements compressibles turbulents. Interaction onde de choc/couche limite turbulente." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES023.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la modélisation de la turbulence, étudiée dans le cadre particulier de la simulation d'interactions onde de choc/couche limite. Les cas-tests étudiés sont: canal transsonique 2D avec bosse à la paroi, écoulement supersonique 2D sur une marche montante et canal transsonique 3D avec bosse en flèche. Les modèles de turbulence utilisés sont: modèle algébrique de Baldwin-Lomax et modèle k-epsilon de Jones-Launder. Une revue bibliographique fait l'objet du premier chapitre. Le deuxième chapitre développe des équations de Navier-Stokes, moyennées au sens de Favre. Le problème de la fermeture des équations moyennées et les différents modèles de turbulence sont présentés dans le troisième chapitre. Dans le quatrième chapitre, la méthode numérique prédicteur-correcteur de Maccormack, implicite et volumes finis, est détaillée. L'exploitation et l'analyse des résultats numériques constituent le cinquième chapitre. Le dernier chapitre est consacré aux conclusions et perspectives

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Illy, Hervé. "Contrôle de l'écoulement au-dessus d'une cavité en régime transsonique." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2005. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/hilly.pdf.

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Abstract:

La production du son généré par l'interaction d'un écoulement avec un obstacle est une source de nuisances que beaucoup d'industriels cherchent à supprimer. En effet, même si l'énergie acoustique ne représente qu'une part très faible de l'énergie mécanique du système, son niveau peut être suffisamment élevé pour conduire à la destruction des matériels ou générer une pollution sonore préjudiciable. Parmi ces phénomènes, l'écoulement au-dessus d'une cavité se caractérise par une émission acoustique intense à des fréquences bien définies (spectre de raies) dans le domaine des basses fréquences. Leur suppression est un enjeu important qui a motivé de nombreux travaux. Or malgré son apparente simplicité, ce phénomène est encore largement mal compris et reste difficile à contrôler. Le travail effectué dans cette thèse expérimentale comporte deux aspects. Le premier est l'étude des conditions amont, avec pour but, l'amélioration de notre connaissance de l'écoulement de cavité en régime transsonique. L'épaisseur de la couche limite en amont de la cavité a été réduite au moyen d'une aspiration localisée et son effet sur la dynamique de l'écoulement a été caractérisé en termes de pression instationnaire. Les résultats obtenus sont corroborés par ceux que l'on trouve dans la littérature et montre que les effets sont négligeables. Le second est l'étude d'un dispositif simple et efficace pour supprimer les modes de cavité, déjà proposé dans la littérature. Il s'agit d'un cylindre placé transversalement à l'écoulement incident. L'objectif est de déterminer l'influence des différents paramètres qui interviennent dans cette configuration et d'identifier les mécanismes physiques mis en jeu. Des essais en soufflerie ont été effectués sur des géométries de cavité idéalisées. Des visualisations strioscopiques rapides accompagnées de mesures du champ de pression instationnaire et de mesures du champ de vitesse par vélocimétrie laser ont permis de caractériser de manière fine l'écoulement en présence du cylindre. Le but de cette dernière mesure était de venir tester le scénario selon lequel la disparition des modes de cavité serait due à une modification du champ de vitesse moyen à l'intérieur de la cavité. Des calculs de stabilité linéaire ont été effectués sans toutefois pouvoir conclure. Différents mécanismes susceptibles d'expliquer la disparition des modes de cavité sont discutés mais aucune explication définitive n'a pu être apportée
The impingement of a flow upon a wall results in a sound that industrials want to remove because the level of acoustic energy, although it represents only a weak part of the total energy, may affect the material integrity or cause a prejudicial noise pollution. In particular, suppression of the low frequency narrow-band sound (discrete tones) of high amplitude produced by the flow over a cavity is an important challenge, as shown y the numerous studies dedicated to this subject over the last six decades. This study aims at controlling or suppressing the self-sustained oscillations responsible for the generation of acoustic waves in this flow. However, despite the apparent simplicity of the phenomena, knowledge of the physical mechanisms involved remains limites, making the control approach still difficult to carry out. As control is dependent on the knowledge of the physics of the flow, the influence of the upstream conditions in highly subsonic flows as been investigated. A local aspiration of the boundary layer is carried out by a narrow split upstream of the cavity. Unsteady pressure measurements show that, over the range of parameters under consideration, the diminution of the boundary layer thickness does not induce any significant change in the flow

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Keirsbulck, Laurent. "Etude des structures de la turbulence en écoulement de type couche limite sur parois lisse et rugueuse." Valenciennes, 2000. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/2811b9bf-bd46-45c9-b2e4-10110978e9b8.

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Abstract:

Cette étude a permis d'identifier les mouvements organisés dans une couche limite turbulente sur paroi lisse ou rugueuse. Deux techniques de mesures sont utilisées : l'anémométrie à fil chaud et la p. I. V. Dans un premier temps, l'arsenal classique utilisant l'analyse conventionnelle a été mis en œuvre (moments d'ordre élevés, analyse spectrale, corrélations spatio-temporelles. . . ). Dans un deuxième temps, une approche fondée sur les méthodes conditionnelles a permis en particulier d'extraire la partie cohérente du signal anémométrique et d'en analyser l'intensité, l'échelle et la fréquence. Les informations fournies par chacune de ces techniques se révèlent complémentaires et offrent une vision globale des phénomènes. Les résultats obtenus montrent l'influence des rugosités de type k sur les structures de la turbulence. Cette influence s'exerce non seulement dans la région de proche paroi, mais également dans les régions externes. Plusieurs méthodes ont permis de montrer que la rugosité de type k augmente le degré d'isotropie. L'analyse des termes du bilan d'énergie cinétique turbulente montre que tout modèle de turbulence doit tenir compte de la géométrie de la surface afin de prédire correctement les caractéristiques de transport de l'écoulement. Cette étude montre en particulier que ce type de rugosité se caractérise par une prédominance de balayages contrairement à la paroi lisse ou les mouvements cohérents sont essentiellement de type éjections.

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Coundoul, Falilou. "Étude et modélisation des transferts verticaux dans l'interaction biofilm de rivière/couche limite turbulente." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://oatao.univ-toulouse.fr/9268/1/coundoul_partie_1_sur_3.pdf.

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Abstract:

Le biofilm épilithique (anciennement périphyton), agrégat phototrophe d’organismes se développant sur le fond des cours d’eau, joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des hydroécosystèmes fluviaux comme la Garonne. Pour améliorer la modélisation à l’échelle du tronçon de rivière de ces systèmes, il est nécessaire de prendre en compte les caractéristiques locales de l’écoulement notamment pour la prédiction de l’évolution de la biomasse. Les méthodes expérimentales actuelles ne permettent pas d’accéder aux grandeurs hydrodynamiques locales proches du fond rugueux, dans la zone dite de ’canopée’. Le travail présenté ici vise donc à compléter ces résultats par des simulations numériques directes, avec une méthode de frontières immergées, d’écoulements turbulents de couche limite hydrauliquement rugueuse formée d’hémisphères. L’objectif est double : il s’agit d’une part de mettre en relation les motifs de colonisation et la croissance du biofilm observés expérimentalement aux caractéristiques locales de l’écoulement, et d’autre part, de quantifier les flux d’espèces chimiques entre la canopée et la pleine eau et ce, en fonction du type d’arrangement des obstacles formant le fond, du confinement et du nombre de Reynolds rugueux. Après avoir validé la méthode numérique sur des cas proches de ceux rencontrés dans les expériences, et vérifié que les grandeurs hydrodynamiques moyennes et turbulentes dans la pleine eau sont en bon accord avec les résultats expérimentaux, plusieurs campagnes de simulations ont été réalisées pour deux types d’arrangements du fond (aligné et décalé), plusieurs confinements et une gamme de nombre de Reynolds rugueux représentatifs des écoulements en rivière. Ce travail a pu mettre en évidence que le biofilm colonise préférentiellement les zones de faible cisaillement local et un critère de colonisation a été déterminé. Des simulations avec transfert d’espèce chimique ont été réalisées pour différentes valeurs du nombre de Schmidt et ont permis de quantifier les flux d’échange en fonction de ce paramètre.

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Bouaouina, Lalouani. "Etude du décollement et du contrôle de la couche limite laminaire tridimensionnelle autour d’un corps fuselé en incidence." Valenciennes, 2000. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/cc6b2971-4ebd-43a3-8247-edf3b89c467a.

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Abstract:

L'un des problèmes cruciaux pour l'amélioration du rendement des dispositifs aérohydrodynamiques est intimement lié au phénomène de décollement tridimensionnel ainsi que de son contrôle qui reste à nos jours-ci le sujet préféré de la plupart des chercheurs en mécanique des fluides. Plusieurs études ont été menées dans ce sens. Celles-ci ont abouti à des résultats plus au moins déférents du point de vue des méthodes de modélisation et de compréhension du phénomène lui-même. Dans le même sens ce travail a pour but l'étude du décollement tridimensionnel et du contrôle de la couche limite laminaire tridimensionnelle autour d'un corps fuselé en incidence. La première partie est réservée à une étude bibliographique ou on traite les différentes études faites dans le domaine du calcul est du contrôle de la couche limite tridimensionnelle. La deuxième partie traite le calcul de l'écoulement à potentiel ou on met en évidence deux paramètres d'influence (l'aplatissement et l'incidence). Dans la partie suivante, en choisissant les équations de Prandtl on a pu appliquer une méthode dite développement en séries dans le sens de Loitsianski qui a pour but d'universaliser les équations de la couche limite en transformant ainsi les équations à dérivées partielles en un système d'équations différentielles ordinaires ; une fois ce système résolu, les résultats seront tabulés une fois pour toute. Le chapitre qui suit est réservé à l'application de la méthode déjà citée sur un ellipsoïde de rapport d'axe 1 : 6 et pour un écoulement laminaire stationnaire avec une vitesse à l'infini amont égale à 1 m/s. On a traité dans le chapitre qui suit le contrôle de l'écoulement déjà cité par deux procédées : l'aspiration (l'injection) ou bien le champ magnétique. Et pour valider notre calcul à propos de la ligne de décollement, on a utilisé deux méthodes expérimentales : la vélocimétrie laser est la méthode polarografique à l'aide des sondes doubles électrochimiques. Et on achève ce travail par une conclusion générale qui met en évidence tous les points essentiels de notre rapport.

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Spohn, Andreas. "Ecoulement et éclatement tourbillonnaires engendrés par un disque tournant dans une enceinte cylindrique." Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10037.

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Abstract:

Ce travail experimental est consacre a l'etude de l'ecoulement tourbillonnaire engendre par un disque tournant au fond d'une enceinte cylindrique. L'autre extremite du domaine de l'ecoulement est bornee, soit par une paroi rigide, soit par une surface libre. Une attention particuliere est consacree a l'etude des caracteristiques des eclatements tourbillonnaires. Les experiences mettent en evidence une sensibilite importante du comportement de l'ecoulement tourbillonnaire et de l'ecoulement secondaire aux differentes conditions aux limites. Il en est de meme des courbes de stabilite de l'eclatement tourbillonnaire et de l'apparition des bulbes de recirculation. Leur domaine d'apparition a ete etabli en fonction du rapport d'aspects de la cuve et du nombre de reynolds du disque tournant. Les conditions d'eclatement tourbillonnaire ont ete comparees aux differents modeles theoriques existants. Ni les theories fondees sur l'existence d'un point critique, ni les theories fondees sur des mecanismes d'instabilites ne sont en mesure d'expliquer la formation des bulbes de recirculation observee dans nos experiences. Seul le modele de la separation inertielle semble compatible avec nos observations

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Plantie, Laurent. "Le probleme de la couche interne des ecoulements asymptotiques de type triple couche : modele, analyse et simulations numeriques." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30205.

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Abstract:

On construit dans une premiere partie un nouveau modele asymptotique en couches multiples de type triple couche pour des ecoulements de couette a grands nombres de reynolds au voisinage d'une indentation. Le probleme canonique associe a la couche interne de ces modeles est ensuite etudie par la transformation de von mises excluant tout decollement. Dans ce contexte, la condition aux limites associee au deplacement est transformee en condition non locale de nature integrale a laquelle l'analyse par semi-discretisation est bien adaptee. Dans le cas de deplacements lipschitziens croissants, on etablit par cette approche divers resultats d'existence, d'unicite et de regularite ainsi qu'une estimation du comportement asymptotique des solutions. Dans le cas de deplacements lipschitziens, une condition suffisante pour l'extension de ces resultats est mise en evidence. Les schemas numeriques mis en oeuvre a partir d'une semi-discretisation ont permis d'aborder des zones de decollement. Dans le cadre du probleme a pression donnee, on met en evidence un cas d'existence de deux solutions, avec et sans decollement, coincidant hors de la zone de recirculation.

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Berrabaa, Sabeur. "Ecoulements turbulents stratifiés et simulation des grandes échelles." Toulon, 2002. http://www.theses.fr/2002TOUL0002.

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Harion, Jean-Luc. "Influence de différences de densité importantes sur les propriétés de transfert d'une couche limite turbulente." Grenoble INPG, 1994. http://www.theses.fr/1994INPG0133.

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Abstract:

Les effets de differences de densite importantes sur les transferts turbulents en couche limite sont etudies experimentalement. L'installation principale est une soufflerie pressurisable. Les ecarts de densite au sein de la couche limite sont produits par injection tangentielle d'air ou d'helium dans un melange de ces deux constituants. Les mesures thermo-anemometriques portent sur les concentrations, vitesses et frottement parietal (valeurs moyennes, fluctuations) en aval de l'injection. Une sonde d'interference (fil+film) a ete mise au point avec de nouvelles conditions de surchauffes permettant l'acces a une gamme de vitesses plus etendues que les utilisations anterieures. Une sonde double ainsi qu'une nouvelle sonde aspirante parietales ont egalement ete developpees. Leur comportement physique a ete analyse. Les resultats montrent que pour un gaz donne, le developpement du jet parietal est principalement gouverne par le rapport des vitesses externe et d'injection. Pour des gaz differents, un bon regroupement des resultats est opere en tenant compte du nombre de reynolds d'injection et d'un terme base sur le rapport des densites. La couche limite turbulente obtenue est associee a un gradient de densite normal a la paroi. A vitesse d'injection donnee, les mesures mettent en evidence la conservation du frottement, et donc l'influence des differences de densite sur la vitesse de frottement. De plus, une forte correlation entre les variations de densite et de vitesse montrent l'influence marquee des structures coherentes sur les phenomenes de transfert

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Renaud, Thomas. "Simulation numérique du tremblement autour de profils d'aile en régime transsonique." Paris, ENSAM, 2001. http://www.theses.fr/2001ENAM0027.

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Da, Costa Paulo. "Application de la distorsion rapide à des écoulements turbulents instationnaires." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10139.

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Abstract:

Le but de ce memoire est de developper une veritable fermeture instationnaire appliquee a des ecoulements de paroi soumis a un forcage temporel et donc caracterises par un desequilibre temporel. Les quantites sont moyennees et la reponse de l'ecoulement a la paroi est analysee a travers la modulation et le dephasage tires de cette moyenne. Nous utilisons les equations de l'energie cinetique turbulente et du taux de dissipation par unite d'energie cinetique avec des corrections a partir du nombre de reynolds turbulent pour modeliser les effets visqueux. Les fermetures jusqu'a present utilisees sont tirees de raisonnement quasi-stationnaire et supposent un equilibre temporel. Notre fermeture utilise la distorsion rapide. Elle relie par une equation temporelle la contrainte de cisaillement, le gradient de vitesse instantane et le coefficient de deformation. Nous avons augmente le temps de distorsion a la paroi afin de permettre une meilleure relaxation de l'energie cinetique turbulente. Les profils moyens predits par le modele sont insensibles au forcage externe, quelles que soient les amplitudes imposees. Notre modele reproduit egalement bien les caracteristiques de la modulation de l'intensite du frottement parietal et de la contrainte de cisaillement dans le regime quasi-stationnaire (equilibre temporel) et de relaxation (gel de la turbulence). Le modele ne represente pas le regime haute frequence. Nous proposons alors des modifications susceptibles de reproduire la remontee des modulations de l'intensite turbulente du frottement parietal, traduisant un changement de comportement de la turbulence. Nous proposons une approche modelisant le transport par les grandes echelles de la paroi vers le centre de l'ecoulement. Enfin, nous analysons les caracteristiques des ecoulements instationnaires avec un gradient moyen de pression adverse.

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Penin, Veronique. "Interactions rotor-stator en turbine : étude de l'effet potentiel remontant." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00679727.

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Abstract:

L'écoulement dans les turbomachines est tri-dimensionnel et instationnaire. Actuellement, les concepteurs de moteurs cherchent à réduire l'encombrement et le poids des machines. En conséquence, les interactions entre les roues, appelées interactions rotor-stator, sont renforcées. Parmi elles, l'effet potentiel remontant n'est désormais plus négligeable malgré sa rapide atténuation spatiale. Dans cette étude, cet effet potentiel remontant a été analysé sur une configuration spécialement conçue : une grille linéaire d'aubes de turbine, suivie de barreaux défilants en aval à une distance de 20% de corde axiale, simulant des aubes de rotor en aval. La grande échelle du banc d'essais facilite l'étude du comportement de la couche limite des aubes de la grille. Des mesures de pression et d'anémométrie laser à deux composantes, synchronisées avec le défilement des barreaux aval sont réalisées. Le nombre de Reynolds, basé sur la corde, est 1.6 × 105. Une grille de turbulence placée en amont de la grille d'Aube afin de pouvoir augmenter le taux de turbulence amont a été utilisée. Des résultats de mesures en absence de cette grille (faible taux de turbulence amont) sont également présentés et analysés. Une modélisation numérique, basée sur un calcul laminaire avec un préconditionnement basse vitesse pour la même configuration, a montré la déformation des lignes de courant de l'écoulement dans le canal inter-aubes, en fonction de la position du barreau aval. La distribution de pression autour de l'aube est également périodiquement modifiée. Les résultats stationnaires expérimentaux, en absence de tout barreau aval, ont révélé un décollement de la couche limite à l'extrados de l'aube à bas taux de turbulence amont(Tu−am = 1.2%) qui est supprimé à haut taux de turbulence amont (Tu−am = 4.2%) ; la couche limite commence alors sa transition par un mode by-pass. Aucun effet instationnaire dans la couche limite n'a été observé à l'intrados, quel que soit le taux de turbulence amont. L'étude instationnaire, avec le défilement des barreaux en aval, a permis de mettre en évidence un décollement périodique de la couche limite à l'extrados à bas taux de turbulence amont (Tu−am = 1.8%). Dans ce cas, la couche limite suit deux modes de transition au cours d'une période : une transition par décollement et une transition bypass. Au contraire, dans le cas à fort taux de turbulence amont (Tu−am = 4.0%), aucun décollement de la couche limite n'a été décelé. La couche limite est sujette à l'effet instationnaire à l'extrados. Elle est devenue turbulente au bord de fuite à tout instant par un mode by-pass. Cette étude a montré que l'effet potentiel issu d'un roue en aval est du même ordre de grandeur que les effets de sillage et doit être pris en compte dans l'analyse des phénomènes. Par des méthodes d'indexation de roues, le décollement de la couche limite pourrait être supprimé.

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Florens, Emma. "Couche limite turbulente dans les écoulements à surface libre : étude expérimentale d'effets de macro-rugosités." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1285/.

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Abstract:

Dans le cas d'écoulements sur fond rugueux, selon la théorie des couches limites sur paroi, la couche limite est composée de trois sous couches : la couche externe, la sous couche rugueuse et une zone de recouvrement entre les deux sous couches. Sous l'hypothèse d'invariance selon la direction transverse, et pour des rapports h/D faible (h hauteur des rugosités, D hauteur d’eau), la théorie prédit que le profil de vitesse longitudinale moyenne suit une loi logarithmique dans la zone de recouvrement. Cette loi permet d'accéder aux paramètres de paroi, comme la longueur de rugosité z0, et permet également d'estimer le coefficient de frottement nécessaire à fermer les équations de St Venant intégrées sur la verticale. Cependant, lorsque l'écoulement se fait en présence de macro-rugosités, i. E. Pour h/D important, ou en présence d'un fond rugueux inhomogène, la question de la validité de la loi logarithmique se pose. Une étude expérimentale de deux effets de macro-rugosités a été ici effectuée : l'effet de confinement de la couche limite et l'effet de la présence d'une variation transverse de macro-rugosités. Les écoulements ont été générés dans une veine hydraulique de grande dimension (20m x 1. 1m x 0. 5m), sur des fonds macro rugueux composés de cubes en PVC de 2 cm de côté. La technique de PIV 2D a été employée. Des moyens techniques nouveaux, tel que l'emploi de cubes en verre BK7, ont permis de mesurer le champ de vitesse entre les rugosités avec une grande résolution spatiale. Dans le cas de fonds rugueux homogènes, il a été mis en évidence que la similarité de la couche externe est observée jusqu'à des confinements h/D = 0. 33. Pour de fort confinement (h/D > 0. 15), la vitesse de frottement u*, liée à l'intensité de frottement généré à la paroi, n'est plus l’échelle caractéristique de vitesse de l'écoulement. Dans le cas d'écoulements sur fond rugueux inhomogène, une étude préliminaire a permis d'observer l'effet des courants secondaires générés par le changement de rugosité sur la similarité de la couche externe
In the case of turbulent rough flows, according to the wall boundary layers theory, the boundary layer is composed of three sublayers : the outer layer, the roughness sublayer and an overlap between the two sublayers. Under the assumption of invariance under the transverse direction, and for ratios h/D low (h roughness height, D water depth), the theory predicts that the longitudinal mean velocity profile follows a logarithmic law in the overlap layer. This log-law provides access to the wall parameters, as the roughness length z0, and can also estimate the coefficient of friction necessary to close the St Venant equations vertically integrated. However, in presence of macro-roughnesses, i. E. For h/D important, or in presence of a inhomogeneous rough bed, the question of the logarithmic law validity arises. An experimental study of two macro-roughnesses effects has been made : the confinement effect and the transverse variation of macro-roughnesses effect. The regimen were generated in a large open-channel (20m x 1. 1mx 0. 5m), and macro-rough beds were made with 20 mm plastic cubes. 2D PIV technique was used. New measurement technologies, such as BK7 glass cubes, were used to measure the velocity field between the roughness elements with high spatial resolution. In the case of homogeneous rough bed, it was revealed that the similarity of the outer layer is observed for confinement numbers h/D < 0. 33. For strong confinement (h/D > 0. 15), the friction velocity u*, related to the intensity of friction generated at the wall, is no longer the characteristic scale of the flow velocity. In the case of flows over inhomogeneous rough bed, a preliminary study was made to observe the effect of secondary currents generated by the change of roughness on the outer layer similarity

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Marsan, Aurélien. "Analyse et contrôle des écoulements en compresseur centrifuge avec diffuseur aspiré." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00965080.

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Abstract:

L'étude effectuée au cours de cette thèse s'inscrit dans le contexte du contrôle des écoulements en turbomachines. Suite à l'intérêt avéré de l'aspiration de la couche limite en compresseurs axiaux pour en améliorer les performances, elle vise à évaluer si cette méthodologie de contrôle est pertinente en géométrie radiale. Elle s'appuie pour cela sur un compresseur centrifuge transsonique Turbomeca. Le fonctionnement du compresseur est d'abord analysé sur la base de simulations numériques stationnaires et instationnaires chorochroniques, réalisées grâce au code de calcul elsA développé par l'Onera et en utilisant le modèle de turbulence k-l de Smith. La validité des résultats numériques est vérifiée par comparaison avec les données expérimentales disponibles : performances mono-dimensionnelles et signaux de pressions instationnaires. Ces données sont issues à la fois de la caractérisation expérimentale du compresseur effectuée par Turbomeca et de campagnes de mesures menées a l'ISAE, ou le compresseur est monté sur un banc de recherche dédié à l'étude des interactions entre le rouet et le diffuseur radial. L'analyse détaillée des résultats numériques révèle le développement d'un décollement de coin dans le diffuseur, entre la paroi moyeu et la face en dépression des aubages, lorsque le point de fonctionnement se rapproche du pompage. L'étude topologique du spectre du frottement pariétal permet d'en préciser le lieu et la structure, et de localiser les points singuliers ainsi que la ligne de séparation principale. En stationnaire, la croissance du décollement aboutit au décrochage du diffuseur, et compromet les performances de l'étage de compression et finalement la stabilité numérique. L'exploitation des résultats instationnaires permet de préciser le comportement temporel de l'écoulement : l'étendue du décollement fluctue sous l'effet du défilement des ondes de pression générées par l'interaction rouet-diffuseur, mais les trajectoires des particules fluides impliquées dans le décollement sont en accord avec les lignes de courant du champ de l'écoulement moyenné temporellement. Le décollement instationnaire est fixe, et sa topologie correspond à celle prévue par les simulations stationnaires. En particulier, le lieu du décollement est prévu de façon similaire par les modèles stationnaires et instationnaires. Une stratégie d'aspiration est ensuite développée sur la base de ces observations : une fente de prélèvement est positionnée au voisinage du col de séparation principal, dont le lieu correspond à celui du maximum du gradient de pression adverse stationnaire. Cette stratégie est implémentée au sein des modèles numériques stationnaires et instationnaires. En stationnaire, un prélèvement de 1 % de la valeur totale du débit traversant le rouet permet un contrôle total du décollement dans le diffuseur, et conduit à une augmentation significative de la plage de stabilité numérique. La réduction du débit de prélèvement à 0,3 % du débit total permet un contrôle partiel du décollement, et conduit également à une augmentation de la plage de stabilité numérique. En instationnaire, le décollement de coin initial est contrôlé. Mais les résultats mettent en évidence le rôle majeur joue par le défilement des ondes de pression le long des aubages du diffuseur. Celles-ci se renforcent au passage du col du diffuseur, et engendrent l'existence d'un important gradient de pression adverse instantané. Ce maximum du gradient de pression instantané conduit au développement d'un nouveau décollement de coin, en aval de la fente de prélèvement, et la plage de stabilité des calculs instationnaires n'est pas augmentée. Ces résultats mettent en évidence la possibilité d'agir sur les décollements se produisant dans les diffuseurs radiaux à l'aide de la technique d'aspiration de la couche limite. [...]

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Sadek, Radi. "Modélisation de l'écoulement atmosphérique à l'échelle hectométrique." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2013. http://www.theses.fr/2013ECDL0011/document.

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Abstract:

De nombreuses applications pratiques ou industrielles, telles que l’étude de la dispersion atmosphérique de polluants, la qualité de l’air, la micro-météorologie en terrain complexe et l’évaluation du potentiel éolien, nécessitent la prédiction précise de l’écoulement atmosphérique à une échelle dite locale (environ 10 km horizontalement). Le travail de recherche dans le cadre de cette thèse s’inscrit donc dans la proposition d’une chaine de méthodologies et de modélisations permettant de simuler l’écoulement atmosphérique à cette échelle, avec une résolution spatiale horizontale hectométrique. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la turbulence dans la couche limite atmosphérique (CLA). Pour cela, nous avons choisi le modèle RANS k− ε (déjà largement utilisé dans la littérature), ainsi que le modèle RANS Ri j − ε afin de simuler l’anisotropie de la turbulence. Nous avons ainsi pu vérifier la nécessité d’utiliser les constantes de Duynkerke (1988) pour l’atteinte des niveaux de turbulence atmosphérique avec le modèle k− ε. Dans cette optique, nous avons également développé un nouveau jeu de constantes atmosphériques pour le modèle Ri j − ε. Finalement, nous avons proposé un modèle théorique capable de reproduire les caractéristiques turbulentes de l’écoulement pour n’importe quel temps d’intégration, permettant ainsi de trouver une continuité entre les constantes « standards » et les constantes « atmosphériques » des modèles de turbulence. D’autre part, nous avons développé l’approche de modélisation « CFD 1D-3D », qui consiste en l’utilisation d’un modèle CFD 1D afin de fournir les profils verticaux nécessaires pour forcer le code CFD 3D en données météorologiques (utilisé en topographie complexe). Le modèle 1D a été développé au cours de cette thèse avec les modèles de turbulence k− ε et Ri j− ε. Il a été validé grâce à une comparaison avec des résultats empiriques et théoriques issus de la littérature. Cette comparaison a montré des résultats très encourageants de ce modèle dans la simulation de la CLA en sol plat. De plus, la méthodologie « CFD 1D-3D » a été évaluée grâce à une comparaison avec des mesures en soufflerie en présence d’un relief complexe : les résultats sont globalement très satisfaisants. Ces comparaisons ont permis enfin de valider le nouveau jeu de constantes pour le modèle Ri j− ε. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de calculs CFD partiellement convergés comme moyen de réduction du temps CPU des codes CFD, dans des contextes d’utilisation opérationnelle. Dans cette optique, nous avons montré que l’on arrive à une solution dont l’erreur est faible par rapport à la solution convergée (< 10% d’erreur), avec un temps CPU de l’ordre de 5%−10% du temps nécessaire pour atteindre la convergence. C’est un résultat très intéressant car il permet de réduire considérablement le temps de calcul, tout en gardant une erreur faible devant l’incertitude générale de l’approche CFD
Many practical and industrial applications, such as the study of atmospheric dispersion of pollutants, air quality,micro-meteorology in complex terrain and wind assessment, require accurate prediction of the atmospheric flow at a so-called local scale (approximately 10 km horizontally). Therefore, the main objective in this thesis is to propose a chain of methodologies capable of simulating the atmospheric flow at this scale, with a horizontal hectometric spatial resolution. First of all, we were interested in modeling of turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In addition to the largely used RANS k−ε model, we considered the use of the RANS Ri j− ε model as a way of simulating turbulence anisotropy.We were able to verify the necessity of using the Duynkerke (1988) constants in order to achieve atmospheric levels of turbulence with the k− ε model. In a similar way, we also developed a new set of atmospheric constants for the Ri j− ε model. Finally, we proposed a theoretical model capable of reproducing the main characteristics of a turbulent flow for any given sampling duration, thus allowing a more continuous approach between « standard » and « atmospheric » constants for turbulence models. Also, in this thesis, we developed the « CFD 1D-3D » modeling approach. It is based on the use of a 1D CFD model as a way of providing vertical profiles of meteorological data for boundary conditions of a 3D CFD code, used in complex terrain. This 1D model was developed as a part of the thesis, along with k− ε and Ri j − ε turbulence models. It was validated by being compared with empirical and theoretical results. The comparisons showed very encouraging results concerning the ability of this model in simulating ABL in the presence of a flat terrain. In addition, the « CFD 1D- 3D » methodology was assessed by comparison with wind tunnel measurements in the presence of complex terrain, which showed very satisfactory resultst. These comparisons also validated the newly developed set of constants for the Ri j− ε model. Finally, we studied the use of partially converged CFD as a way of reducing the CPU time of CFD simulations for operational purposes. We therefore demonstrated that we can achieve a low error solution (< 10% error compared with the converged solution), with a CPU time of about 5%−10% of the time required to achieve convergence. This result was very interesting because the methodology significantly reduces the computational time while maintaining a low error as compared to the overall uncertainty of the CFD approach

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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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Normand, Xavier. "Transition à la turbulence dans les écoulements cisaillés compressibles libres ou pariétaux." Grenoble INPG, 1990. http://www.theses.fr/1990INPG0103.

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Abstract:

La transition a la turbulence dans les ecoulements cisailles compresibles est etudiee par simulation numerique directe et des grandes echelles. Deux codes de simulation, utilisant des methodes aux differences finies explicites en temps, ont ete successivement concus dans ce but et sont presentes de facon detaillee. Dans le cadre des ecoulements libres, quelques simulations de couches de melange, tenant initialement lieu de tests et demontrant le potentiel de la methode, ont ete realisees. La couche limite sur une plaque plane semi-infinie est enfin simulee pour des nombres de mach allant de 0,5 (quasi-incompressible) a 5 (limite inferieure du regime hypersonique) en configuration temporelle et spatiale. Ces dernieres simulations permettent de mettre en evidence, essentiellement a l'aide de visualisations bi et tridimensionnelles, l'instabilite initiale de l'ecoulement, les mecanismes menant ensuite a la transition et les structures coherentes caracterisant l'ecoulement turbulent

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Lebret, Yann. "Etude numérique de la couche de mélange turbulente compressible." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES043.

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Le sujet de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents compressibles. Le premier chapitre consiste en une revue bibliographique du problème et, en introduisant les paramètres de base, dégage les mécanismes fondamentaux gouvernant la couche de mélange. Le chapitre 2 consiste en une présentation des différents modèles de turbulence : k-epsilon mono et bi-échelles ainsi qu'un modèle du second ordre, sans et avec termes de compressibilité. Le troisième chapitre détaille la technique d'intégration numérique de type volumes finis, fondée sur l'algorithme de Mac Cormack. Puis le dernier chapitre consiste en l'exploitation de différents cas tests. Un procédé de post traitement s'appuyant sur l'analyse par ondelettes est utilisé pour l'analyse des résultats instationnaires

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Bocquet, Sébastien. "Modélisation de paroi et injection de turbulence pariétale pour la Simulation des Grandes Echelles des écoulements aérothermiques." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://oatao.univ-toulouse.fr/10307/1/bocquet.pdf.

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Abstract:

Lors du développement d’un nouvel avion, l’estimation des échanges d’énergie entre l’air ambiant et les parois est une donnée cruciale pour la conception aérothermique. Cette conception repose de plus en plus sur des simulations numériques mais certains phénomènes d’aérothermique externe, comme le jet débouchant du système de dégivrage des nacelles moteur, montrent les limites des modèles RANS classiques. La simulation des grandes échelles (LES) se révèle bien adaptée à ce type de phénomène mais se heurte à un coût de calcul extrêmement élevé pour ces écoulements pariétaux à très grand nombre de Reynolds. Pour lever cette limitation, cette thèse propose l’étude de deux briques fondamentales : la LES avec loi de paroi (WMLES) conjuguée à l’injection d’une couche limite turbulente à l’entrée du domaine. Pour une meilleure compréhension et une utilisation fiable de l’approche loi de paroi, on se concentre tout d’abord sur les sources d’erreur qui lui sont associées. Après les avoir identifiées, on propose une correction de l’erreur de sous-maille ainsi qu’une loi de paroi adaptée aux écoulements compressibles. Grâce à ces deux éléments, on obtient une estimation correcte du flux de chaleur pariétal sur des simulations WMLES de canal plan supersonique sur parois froides. Puis, pour préparer la transition vers des applications plus industrielles, on introduit un schéma numérique plus dissipatif ce qui nous permet d’étudier l’influence de la méthode numérique sur l’approche loi de paroi. Dans une seconde partie dédiée à l’injection de couche limite pour la WMLES, on sélectionne une méthode basée sur l’injection de perturbations combinée à un terme de contrôle volumique. On montre que des simulations WMLES utilisant cette méthode d’injection permettent d’établir une couche limite turbulente réaliste à une courte distance en aval du plan d’entrée, à la fois sur une plaque plane mais également sur un écoulement de jet débouchant à la géométrie plus complexe, représentative d’un cas avion.

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Cahen, Juliette. "Modélisation de la turbulence pour la prédiction d'écoulements internes compressibles. Validation d'un modèle (k,epsilon) en configuration tridimensionnelle d'interaction onde de choc-couche limite turbulente." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES022.

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Abstract:

Ce mémoire relate un travail consacré à la modélisation de la turbulence, étudiée dans le cadre particulier de la simulation d'interactions onde de choc-couche limite turbulente. Dans une première partie, une revue des différents types de modèles est effectuée selon une hiérarchie allant des modèles les plus simples, basés sur la détermination d'une longueur de mélange, à des modèles plus complexes prenant en compte les caractères anisotrope et tridimensionnel de la turbulence. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à la mise en œuvre et à la validation d'un modèle de turbulence à deux équations de transport (k, epsilon) de Jones-Launder en formulation bas nombre de Reynolds. On présente l'intégration de ce modèle dans un code de calcul tridimensionnel, Canari, résolvant les équations de Navier-Stokes moyennées. Ce code de calcul est caractérisé par une méthode numérique fondée sur une approche volumes finis utilisant un schéma explicite centré de type Lax-Wendroff. Un travail d'implantation d'un modèle du second ordre de type ASM dont le code est également considéré. La validation est effectuée sur différents cas expérimentés d'écoulements internes transsoniques. On présente une analyse particulièrement détaillée d'un cas d'interaction onde de choc-couche limite fortement tridimensionnelle pour laquelle on dispose de nombreuses données expérimentales pour le champ moyen et le champ turbulent. Les résultats obtenus avec le modèle (k, epsilon) sont également comparés avec ceux obtenus en utilisant un modèle de longueur de mélange initialement développé dans le code. Ces comparaisons mettent en évidence la nette amélioration apportée par l'utilisation du modèle (k, epsilon), notamment dans les régions où l'écoulement est fortement décollé

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DESSOLIN, JOEL. "Etude de la reduction de trainee et de la stabilite d'une couche limite laminaire sur une plaque equipee d'une serie de perturbateurs." Toulouse 3, 1998. http://www.theses.fr/1998TOU30030.

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Abstract:

Pour depasser le cadre de la theorie locale de la triple deck de stewartson et williams, on etablit une formulation en triple couche et en double echelle longitudinale jusqu'au second ordre des developpements asymptotiques. Celle-ci exige une utilisation precise de la regle du raccord asymptotique dont on donne l'expression appropriee. L'utilisation de developpements non reguliers, tenant compte de l'epaississement de la couche limite, s'avere particulierement bien adaptee aux ecoulements sur une plaque presentant une serie d'indentations. En effet, cette nouvelle approche montre que l'on peut traiter simultanement les problemes du premier et second ordre, dans chaque couche, par la resolution d'un probleme unique. Elle met egalement en evidence l'existence d'une nouvelle longueur caracteristique des indentations qui contribue a une meilleure interpretation du phenomene de deplacement de la couche limite. Dans une premiere partie, on etudie la reduction de la trainee laminaire en fonction des parametres geometriques des indentations ainsi que des variations locales du nombre de reynolds. Dans la seconde, on examine la stabilite lineaire et faiblement non lineaire des ecoulements generes par les perturbateurs. Dans le cadre de la theorie de la stabilite lineaire parallele, conduisant a l'equation d'orr - sommerfeld, on caracterise analytiquement et numeriquement l'apparition d'ondes de tollmien - schlichting ainsi que l'influence de la geometrie des indentations sur l'amplification de ces ondes. Des lors, une configuration geometrique optimisee des perturbateurs est construite pour simultanement reduire la trainee laminaire et reculer l'abscisse du debut de la transition. Enfin, a l'aide d'un code pse (parabolized stability equations) de l'onera-cert, on exprime les variations qualitatives des resultats de la stabilite lineaire lorsque l'on tient compte des effets faiblement non lineaires.

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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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Chpoun, Amer. "Contribution a l'etude d'ecoulements hypersoniques (m=5) sur une rampe de compression en configuration 2-d et 3-d." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA06A005.

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Abstract:

Etude experimentale de l'influence de l'ecoulement transversal sur les distributions du flux thermique et de la pression parietale. Determination des grandeurs caracteristiques de la zone de decollement. Etude de l'apparition de la transition dans la zone du decollement en fonction du nombre de reynolds. Solution numerique pour la distribution de pression dans le cas de l'interaction laminaire

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Ducros, Frédéric. "Simulations numériques directes et des grandes échelles de couches limites compressibles." Grenoble INPG, 1995. http://www.theses.fr/1995INPG0007.

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Abstract:

La transition a la turbulence des couches limites compressibles pour des nombres de mach de 0. 5 et 4. 5 est etudiee par simulations directes et des grandes echelles. Des etudes a la fois statistiques et visuelles ont permis de retrouver les caracteristiques quantitatives des diverses phases des ecoulements et les mecanismes de la transition a la turbulence. Le developpement d'un nouveau modele de viscosite turbulente dit modele de la fonction de structure filtree est propose: ce modele concentre la dissipation turbulente uniquement sur les regions contenant des petites echelles et a permis la simulation des grandes echelles de la transition a la turbulence d'une couche limite a mach 0. 5 se developpant spatialement, donnant ainsi des resultats quantitatifs proches de ceux trouves lors d'une simulation directe pour un cout de calcul plus faible

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Rossi, Lionel. "Contrôle électromagnétique d'écoulement en eau de mer." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10131.

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Abstract:

Le controle d'ecoulement de paroi consiste a modifier l'ecoulement au voisinage de celle ci selon differents objectifs : reduction de trainee, prevention de separation de couche, reduction intensite turbulence, destruction de structures coherentes. Le controle electromagnetique (em) d'ecoulement en eau de mer permet d'appliquer directement des forces volumiques locales generees par des activateurs parietaux. Ces activateurs sont composes d'une paire d'aimants permanents et d'une paire d'electrodes. La conjugaison d'un courant electrique de densite j (a/m 2), et d'un champ magnetique d'induction b (t), cree des forces volumiques de laplace-lorentz. De plus le rotationnel des forces etant non nul, celles-ci apportent une source de vorticite alternee a l'ecoulement. L'utilisation d'activateurs em apporte d'une part la modification directe de l'ecoulement et de ses equations et d'autre part la modification indirecte du fait de la persistance des ecoulements locaux engendres a l'interieur de la couche limite. L'objet de la these est la comprehension et l'analyse des modes d'action d'un activateur em normal sur divers ecoulements parietaux. Elle comporte une 1 e r e partie analytique presentant les equations, les parametres sans dimension et les modes d'action qui peuvent etre envisages. La 2 n d e partie porte sur une caracterisation experimentale basee sur des experiences analytiques en aquarium (ecoulement initialement au repos) et en tunnel hydrodynamique. Les visualisations et mesures ptv et piv permettent une analyse detaillee des zones et modes d'actions du forcage em et des modifications apportees aux champs de vitesse et de vorticite. Finalement, 3 principaux mecanismes sont identifies : i) injection de forces produisant une acceleration de l'ecoulement a l'interieur du champ de force em, ii) injection de vorticite au travers des termes sources em, iii) generation de nouveaux ecoulements par rapports a la couche limite ordinaire (vitesse normale, jets parietaux). Ainsi l'equilibre local entre l'action em et les mouvements interne de la couche limite permet d'utiliser le controle em soit de maniere locale afin de detruire une structure coherente de l'ecoulement soit de maniere globale en profitant d'un effet d'integration des modifications de l'ecoulement sur plusieurs activateurs em successifs.

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Dechaume, Antoine. "Analyse asymptotique et numérique des équations de Navier-Stokes : cas du canal indenté." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30023.

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Abstract:

Ce travail à pour sujet la problématique de la modélisation de la couche limite dans le cadre d'écoulements incompressibles. Cela nécessite de prendre en compte l'interaction forte entre la couche limite et le reste de l'écoulement, qui mène au couplage fort de ces deux modèles. Avec les méthodes classiques d'analyse asymptotique des problèmes de perturbation singulière, telle que la Méthode des Développements Asymptotiques Raccordés (MDAR), de tels modèles peuvent être construits. La forme et mise en oeuvre complexes de ces modèles, le cadre restreint pour lequel ils peuvent s'appliquer, et la difficulté d'exprimer l'approximation globale en assemblant les solutions locales, sont autant d'inconvénients que l'on souhaite dépasser. C'est pour cela qu'une autre méthode d'analyse asymptotique est ici utilisée, la Méthode des Approximations Successives Complémentaires (MASC), qui permet de s'affranchir de ces inconvénients. Elle met en avant l'existence d'une approximation globale du problème, d'où en découle la méthode qui permet de la construire. L'emploi de développements asymptotiques généralisés, contrairement à la MDAR qui est basée sur des développements réguliers, donne aux modèles obtenus une portée plus générale et une forme plus simple. Grâce à la MASC, selon la situation physique, deux types de modèles peuvent être obtenus. Les premiers sont similaires dans leur résolution à ceux obtenus classiquement. Cela consiste à résoudre un système d'équations parabolique couplé à un système elliptique. Le second type de modèle est complètement elliptique, et conduit à l'approche Navier-Stokes Réduit (NSR). Du fait du traitement implicite de l'ellipticité propre à ce type de modèle, on peut espérer avoir la possibilité d'étudier des écoulements décollés présentant des interactions amont plus importantes. Notamment, dans le cadre de l'écoulement en canal bi-dimensionnel, le modèle obtenu est exactement celui de NSR. Aucune justification basée sur une analyse asymptotique ne permettait jusqu'alors d'assurer la validité d'une telle approche. .
This work deals with the problems of incompressible boundary layer modeling. The strong interaction between the boundary layer and external flow is to be accounted for, which leads to the coupling of these two models. Such models can be obtained with the classical methods of singular perturbation asymptotic analysis, such as the Method of Matched Asymptotic Expansions (MMAE). The complex shape and implementation of these models, the restricted cases for which they apply, and the difficulty to obtain global approximations from local ones, are many of the drawbacks we wish to transcend. This is the reason why a new asymptotic method is used, the Successive Complementary Expansions Method (SCEM), which avoids these limitations. The SCEM is based on the assumption of the structure of a global approximation, and then infers a method of constructing this approximation. The use of generalized asymptotic expansions, contrary to the MMAE which is based on regular expansions, leads to more general and simpler models. Thanks to the SCEM, according to the physical situation, two types of models can be obtained. .

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Boufermel, Abdennour. "Modélisation numérique des phénomènes non linéaires acoustiques en fluide thermovisqueux : application à l'étude des écoulements redressés et des transferts thermiques en résonateurs." Le Mans, 2010. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2010/2010LEMA1034.pdf.

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Abstract:

La propagation acoustique à fort niveau s'accompagne généralement de phénomènes secondaires non linéaires. Parmi ces phénomènes, la génération d'écoulements secondaires redressés et le transfert de chaleur induit par l'acoustique (processus thermoacoustique) font l'objet du travail présenté dans ce mémoire de thèse. Plus précisément, l’objet du mémoire est de présenter et de valider une formulation théorique adaptée à la modélisation numérique des phénomènes non linéaires à partir de codes de calcul usuels, avec un minimum d’approximations. Les écoulements redressés et l’effet thermoacoustique présentant des échelles de temps grandes devant la période acoustique, la description théorique est réalisée sur la base d’une séparation des échelles de temps : (i) calcul du champ acoustique oscillant en régime harmonique au cours de la période acoustique, en tenant compte des effets de couches limites thermique et visqueuse, (ii) recherche des solutions des équations de conservation qui décrivent les phénomènes non linéaires lents, en utilisant la vitesse de transport de masse comme variable. L’usage de cette variable permet aux équations de conserver une forme classique en dynamique des fluides, les effets non linéaires étant traduits par différents termes sources aux seconds membres de ces équations. Cette modélisation numérique est appliquée à l’étude de machines thermoacoustiques de deux types (machine à onde progressive, machine à onde stationnaire), à l'intérieur desquelles les écoulements redressés et les transferts thermiques sont analysés séparément. Après validation sur des configurations particulières correspondant à des études analytiques antérieures, des résultats originaux sont présentés, concernant notamment l’effet de la courbure d'un résonateur annulaire sur l’écoulement redressé ou encore l’insertion d’un empilement de plaques solides fines (stack) à l’intérieur du résonateur
Usually, the acoustic propagation at high levels is accompanied by nonlinear secondary phenomena. Among these phenomena, the generation of secondary flows called ‘acoustic streaming’ and the heat transfer induced by the acoustic (thermoacoustic process) are studied. Specifically, the aim of the thesis is to present and to validate a theoretical formulation suitable for numerical modeling of nonlinear phenomena from conventional calculation codes, using a minimum of approximations. The acoustic streaming and the thermoacoustic effect having large time scales compared to the acoustic period, the theoretical description is carried out on the basis of a separation of time scales: (i) calculation of the oscillating acoustic field in harmonic regime during the acoustic period, taking into account effects of thermal and viscous boundary layers, (ii) seek solutions of the conservation equations that describe the slow nonlinear phenomena, using the mass transport velocity as a variable. The use of this variable allows the equations to keep a classical form in fluid dynamics; the nonlinear effects are shown by different source terms in right hand side of these equations. This numerical modeling is applied to the study of two types of machines thermoacoustic (traveling wave machine, stationary wave machine), inside which the acoustic streaming and heat transfers, are separately analyzed. After validation on specific configurations corresponding to previous analytical studies, original results are presented, concerning especially the effect of the curvature of annular resonator on the acoustic streaming or inserting a stack of thin solid plates inside the resonator

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Chpoun, Amer. "Contribution à l'étude d'écoulements hypersoniques (M=5) sur une rampe de compression en configuration 2-D et 3-D." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066149.

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Abstract:

Etude expérimentale de l'influence de l'écoulement transversal sur les distributions du flux thermique et de la pression pariétale. Détermination des grandeurs caractéristiques de la zone de décollement. Etude de l'apparition de la transition dans la zone du décollement en fonction du nombre de Reynolds. Solution numérique pour la distribution de pression dans le cas de l'interaction laminaire

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Debert, Sébastien. "Développement de méthodes de séparation des nombres d'onde acoustiques et convectifs en écoulements turbulents pariétaux." Phd thesis, Université de Poitiers, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00693903.

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Abstract:

Ce travail a pour but le développement de techniques de séparation des contributions acoustique et aérodynamique de champs de pression pariétale sous des écoulements turbulents. Ces techniques de séparation, dites en nombre d'onde, se basent sur les propriétés spatiales de ces fluctuations. La compréhension des phénomènes de chacun des deux types fluctuations de pression pariétale s'exerçant sur la vitre latérale d'un véhicule vient servir un enjeu industriel de réduction du niveau sonore intérieur du bruit de forme des automobiles. Pour ce faire, des expérimentations en soufflerie anéchoïque sont menées afin d'obtenir des mesures de pression pariétale fluctuante pour divers types d'écoulements. Ainsi un écoulement de couche limite turbulente pleinement développée sur plaque plane, des écoulements décollés en aval de trois géométries de marches montantes, ainsi qu'en aval d'un montant de baie sur véhicule réel sont considérés. Une représentation des spectres en nombre d'onde-fréquence (obtenue par la méthode du corrélogramme spatial) est choisie pour séparer les deux contributions. Cette technique ne s'appliquant que sur des écoulements stationnaires et homogènes, de nouvelles techniques basées sur la Décomposition Modale Empirique (EMD) sont utilisées, d'une part pour améliorer la séparation des deux contributions (grâce à l'EMD spatiale), d'autre part pour obtenir une décomposition multi-échelle au cours du temps (grâce à l'Ensemble-EMD). Grâce à ces méthodes, une observation plus précise des phénomènes pariétaux convectifs et acoustiques est proposée.

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Ferragh, Omar. "Etude du transfert de chaleur et de masse dans un écoulement d'air entre deux plaques parallèles en présence d'un ruissellement d'eau : Application aux réfrigérants industriels." Valenciennes, 1995. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/4aad8950-0f32-46d7-9276-1f08fd498651.

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Abstract:

L'étude consiste a analyser les échanges thermiques et massiques découlant d'une évaporation par convection forcée, entre deux plaques parallèles en présence d'un ruissellement d'eau. L'étude est entreprise sous ses deux aspects: théorique et expérimental. La modélisation est basée sur les théories des couches limites dynamique et thermique couplées avec les concepts de transport de masse, au sein du fluide en écoulement, pour un régime de couches limites laminaires. Le couplage des deux problèmes thermique et massique est réalisé par l'intermédiaire des conditions à l'interface eau-air. Suite à ce modèle théorique, un programme de calcul et de simulation a été développé. Pour une géométrie de dispositif et une puissance de chauffe donnée, et pour des caractéristiques d'entrée données, le programme de simulation détermine toutes les performances dynamiques et thermiques. Les résultats issus de celui-ci ont été comparés aux mesures expérimentales. Enfin, une étude expérimentale menée sur les réfrigérants industriels, en fonctionnement humide, a permis de montrer une certaine analogie entre les phénomènes mis en évidence par ces essais et par le modèle théorique, qui a été développé, pour le cas du transfert de chaleur et de masse entre deux plaques parallèles. Cette approche a montrée l'importance des phénomènes d'évaporation en convection forcée dans l'industrie.

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André, Thierry. "Contrôle actif de la transition laminaire-turbulent en écoulement hypersonique." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2022/document.

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Abstract:

Lors d’un vol hypersonique (Mach 6, 20 km d’altitude) la couche limite se développant sur l’avant-corps d’un véhicule hypersonique est laminaire. Cet état cause un désamorçage du moteur (statoréacteur) assurant la propulsion du véhicule. Pour pallier ce problème, il faut forcer la transition de la couche limite á l’aide d’un dispositif de contrôle dont l’effet est permanent (passif) ou modulable (actif) pendant le vol. Dans ce travail, nous analysons l’efficacité d’un dispositif actif d’injection d’air á la paroi pour forcer la transition de la couche limite sur un avant-corps générique. L’interaction jet d’air/couche limite est simulée numériquement avec une approche aux grandes échelles (LES). Une étude paramétrique sur la pression d’injection permet de quantifier l’efficacité du jet á déstabiliser la couche limite. L’influence des conditions de vol (altitude, Mach) sur la transition est également étudiée. Une analyse des résultats de simulation par Décomposition en Modes Dynamiques (DMD) est menée pour comprendre quels sont les modes dynamiques responsables de la transition et les mécanismes sous-jacents. Des essais dans la soufflerie silencieuse de l’université de Purdue (BAM6QT) ont été effectués pour tester expérimentalement l’efficacité des dispositifs passifs (rugosité isolée en forme de losange) et actifs (mono-injection d’air) pour faire transitionner la couche limite. Une peinture thermo-sensible et des capteurs de pression (PCB, Kulite) ont été utilisés pour déterminer la nature de la couche limite. Les résultats de ce travail montrent qu’une injection sonique suffit pour forcer la couche limite. On observe des essais, que pour une même hauteur de pénétration, les rugosités isolées sont moins efficaces que les jets (mono injection) pour déstabiliser la couche limite
During a hypersonic flight (Mach 6, 20 km altitude), the boundary layer developing on the forebody of a vehicle is laminar. This state may destabilize the scramjet engine propelling the vehicle. To overcome this problem during the flight, the boundary layer transition has to be forced using a control device whose effect is fixed (passive) or adjustable (active). In this work, we analyze the efficiency of a jet in crossflow in forcing the boundary layer transition on a generic forebody. The flow is computed with a Large Eddy Simulations (LES) approach. A parametric study of the injection pressure allows the efficiency of the jet in tripping the boundary layer to be quantified. The influence of flight conditions (Mach, altitude) on the transition is also studied. Dynamic Mode Decomposition (DMD) is applied to the simulation results to determine the transition leading to dynamic modes and to understand underlying transition mechanisms. Experiments in the Purdue University quiet wind tunnel (BAM6QT) were performed to quantify the efficiency of a passive transition device (diamond roughnesses) and an active transition device (single air jet) in tripping the boundary layer. A thermo-sensitive paint and pressure transducers (Kulite, PCB) were used to determine the state of the boundary layer on the generic forebody. Experimental and numerical results show a sonic injection is sufficient to induce transition. We observe from the experiments that for the same penetration height, a single roughness is less efficient than a single air jet in destabilizing the boundary layer

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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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Rouzès, Maxime. "Etude expérimentale de l'hydrodynamique d'un écoulement turbulent à surface libre sur fond rugueux à faible submersion." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14164/1/rouzes.pdf.

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L'étude concerne les couches limites turbulentes dans le cas d'écoulements à surface libre sur fond rugueux homogène. Afin de réaliser cette étude, deux dispositifs de mesure PIV par stéréoscopie (PIV 2D-3C) ont été mis en place avec comme double objectif de fournir les lignes directrices au design d'un système stéréoscopique PIV in situ et d'étudier l'influence de la faible submersion des éléments rugueux sur la structure universelle de la couche limite sur fond rugueux, i.e. pour des submersions h/D comprises entre 0,33 et 0,66 (avec h la hauteur des rugosités et D la hauteur d'eau). Pour le premier objectif, le dispositif de mesure a permis un accès optique facilité par un point de vue incliné des caméras à la zone proche des rugosités dans des conditions naturelles d'écoulement (turbidité et éclairement naturels). Les mesures de vitesse ont été faites dans un canal hydraulique de petite dimension (12 m x 0,5 m x 0,25 m) rempli d'hémisphères positionnées en quinconce. Une étude paramétrique de l'influence de l'inclinaison des caméras ainsi que de la turbidité de l'eau sur la qualité des mesures de vitesse a été entreprise suivie par une nouvelle méthodologie basée sur l'analyse de l'intensité lumineuse dans le système. Il a été montré que l'écoulement est correctement résolu jusqu'à une turbidité d'environ 25 NTU avec un angle d'inclinaison par rapport au plan vertical de mesure de 25°. Pour le second objectif, les investigations expérimentales ont été réalisées dans une veine hydraulique de plus grande dimension (26 m x 1,10 m x 0,50 m), dont le fond rugueux est constitué par des cubes en PVC de 2 cm de côté comme dans l'étude de Florens et al. (2013). Les résultats mettent en évidence que l'étendue de la sous-couche rugueuse augmente avec la submersion pour finalement occuper toute la colonne d'eau dans le cas de la plus faible submersion (h/D=0,66). Malgré cela, une loi logarithmique est tout de même observée, et ce, quelle que soit la submersion étudiée.

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Glikson, Fabienne. "Couche limite sur paroi rugueuse." Toulouse, ENSAE, 1996. http://www.theses.fr/1996ESAE0003.

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Abstract:

La technique de prise de moyenne volumique a été étendue aux écoulements compressibles pour établir un modèle pour des écoulements compressibles turbulents de type couche limite se développant sur paroi rugueuse. Le formalisme proposé est plus rigoureux que les précédents. Cette technique fait apparaître naturellement et rigoureusement les termes supplémentaires conventionnels dus à la présence des rugosités, mais également de nouveaux termes qualifiés de "termes dispersifs" et enfin justifie la prise en compte des effets des rugosités également dans le modèle de turbulence. De nouvelles modélisations sont proposées pour les termes supplémentaires. La théorie, initialement développée pour un modèle de turbulence de type schéma de longueur de mélange, a été étendue à des modèles de turbulence à équations de transport. Les modèles ont été validés dans les trois régimes rugueux, sur différents types d'états de surface et pour des écoulements à basse vitesse et hypersoniques. Les bases de données ont été analysées. Associés à un nouveau modèle pour le coefficient de traînée de pression Cd, les modèles améliorent l'accord calcul-expérience concernant les caractéristiques de la couche limite en général et les transferts de chaleur pour des écoulements hypersoniques en particulier.

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Bey, Mohamed Amine. "Modélisation mathématique et simulations numériques des écoulements sanguins dans des artères avec ou sans stents." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCD027/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à la modélisation mathématique et simulations numériques des écoulements sanguins dans des artères en présence d’une endoprothèse vasculaire de type stent. La présence de stent peut être considérée comme une perturbation locale d’un bord lisse d’écoulement, plus précisément les parois de l’artère sont assimilées à une surface fortement rugueuse. Nous nous sommes principalement intéressés au contrôle de la régularité H² sur un modèle simplifié permettant de prendre en compte l’effet de ces stents lorsque le flux sanguin est gouverné par une équation de Laplace (en lien avec la composante axiale de la vitesse d’écoulement) avec une condition aux limites de type Dirichlet, dans un domaine à bord rugueux (en fonction d’un petit paramètre ε). Dans une première partie, nous soulevons la question d’existence et d’unicité de la solution de ce modèle d’écoulement sanguin et nous traitons la régularité H² par des techniques d’analyse variationnelle. Une étude minutieuse permet de contrôler la régularité H² en O(ε−1). Le deuxième axe est dédié à l’étude de la régularité H² par des analyse asymptotiques multiéchelles. Nous montrons que la norme H² de la solution de ce modèle d’écoulement sanguin est singulière en O(ε−½ ). D’autre part, nous améliorons les ordres de convergence des résultats existants concernant la construction des approximations multiéchelles. Dans un troisième temps, nous présentons des estimations d’erreur et des résultats numériques. Ces résultats illustrent le bien fondé des estimations d’erreur sur le plan pratique. Nous montrons bien l’importance des méthodes asymptotiques qui se révèlent plus efficaces qu’un calcul direct
This thesis is devoted to mathematical modeling and numerical simulations of the blood-flows in arteries in the presence of a vascular prosthesis of type stent. The presence of stent can be considered as a local perturbation of a smooth edge of flow, more precisely the walls artery can be seen as a strongly rough surface.Weare mainly interested in controlling the H² regularity of a simplified model which takes into account the impact of these stents when the blood flow is controlled by a Laplace equation (in link with the axial component rateof flow) with a Dirichlet boundary condition, in a domain with a rough board (according to a small parameter ε). First, we raise the question of existence and unicity of the solution of this model of blood-flow and we study the H² regularity using variational analysis methods. By a detailed study, we control the H² regularity of order O(ε−1). The second part is devoted to the study of the regularity H² regularity using multi-scale analysis.We prove that the H² norm of the solution of this model is singular of order O(ε−½). Moreover, we improve the convergence rate of the existing results on the construction of the multi-scale approximation. Finally, we present an error estimation and numerical results. These numerical results illustrate the well-founded of the error estimates on a practical level. We show the importance of the asymptotic methods that seem to be more effective than a direct computation

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Riva, Roland. "Ecoulements de fluides inhomogènes : stabilité des jets, transferts turbulents dans les couches limites." Grenoble INPG, 1991. http://www.theses.fr/1991INPG0102.

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Abstract:

Les effets de differences de densite importantes sur la stabilite des jets axisymetriques et les transferts turbulents en couche limite sont etudies experimentalement. Les ecarts de masse volumique sont produits en employant des melanges air-helium. La composition et le debit des melanges sont controles par des orifices soniques. L'installation principale est une soufflerie pressurisable a recirculation. La vitesse, la concentration (par l'intermediaire de sondes aspirantes), le frottement parietal et le flux de chaleur sont mesures par des techniques d'anemometrie a fil ou film chaud. Le comportement des films parietaux dans differents gaz est analyse. Les oscillations des jets sont detectees avec un microphone. Des visualisations par ombroscopie, strioscopie ou interferometrie differentielle sont realisees. La frequence, la longueur d'onde, la vitesse de phase et l'amplitude spectrale d'oscillations auto-entretenues quasi sinusoidales de forte amplitude se developpant dans les jets ronds moins denses que le milieu ambiant sont etudiees. Ces oscillations, ainsi que la transition entre differents regimes, sont interpretees dans le cadre des phenomenes d'instabilite absolue ou convective. Un accord tres partiel avec les resultats de la stabilite lineaire est trouve. L'apparition de violents jets lateraux a certains instants est confirmee. Des ecoulements parietaux inhomogenes sont produits par une injection tangentielle d'helium dans une couche limite d'air. Un effet possible des ecarts de masse volumique sur le nombre de stanton est alors mis en evidence

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Chemel, Charles. "Transport et mélange en terrain complexe : application à la dynamique atmosphérique dans les vallées encaissées." Phd thesis, Grenoble 1, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011306.

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Abstract:

Le relief des vallées modifie la structure et l'évolution de la couche limite atmosphérique (CLA) par comparaison avec le sol plat et ainsi affecte le transport et le mélange de polluants. L'objet de cette étude est alors de comprendre, au moyen de l'observation et de la simulation numérique, l'évolution de la structure de l'atmosphère (en particulier la CLA) dans les vallées. A cette fin, des données issues du programme POVA, relatif à la qualité de l'air dans les vallées alpines, sont analysées. Un modèle de type simulation des grandes échelles est également adapté (et évalué au moyen des données expérimentales). Les processus d'échanges verticaux couplant la CLA convective à l'atmosphère libre (AL) sont ensuite détaillés sur sol plat. Les résultats de cette étude permettent de caractériser et de quantifier les spécificités des écoulements en vallée et les mécanismes d'entraînement à l'interface entre la CLA et l'AL sur sol plat.

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Dissertations / Theses on the topic 'Ecoulement en couche limite'

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