Dissertations / Theses on the topic 'Tourbillon de sillage'
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Sablon, Julien. "Dynamique des tourbillons de sillage stratifiés radialement." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2023. http://www.theses.fr/2023ESAE0070.
Abstract:
L’objectif de cette thèse est d’étudier la stabilité linéaire d’un écoulement représentatif d’un tourbillon de sillage généré par un aéronef. Le modèle retenu est celui du q-vortex qui résulte d’une approximation parallèle du tourbillon de Batchelor (1964), auquel on superpose un profil de masse volumique variable. L’analyse de stabilité est conduite en deux temps au moyen de deux méthodes de complexité croissante. La première, l’analyse de stabilité linéaire modale, permet la recherche des modes les plus amplifiés aux temps longs via la résolution d’un système aux valeurs propres. Compte tenu de la stationnarité et de la double homogénéité spatiale du champ de base, cette méthode s’avère efficace et peu coûteuse ce qui permet une exploration exhaustive de l’espace des paramètres du problème. La seconde méthode, l’analyse de stabilité linéaire non-modale, permet la recherche de mécanismes de croissance transitoire aux temps courts via un processus d’optimisation basé sur une approche directe-adjointe. L’utilisation decette méthodologie se justifie par le caractère non normal de l’opérateur de Navier–Stokes.Dans la première partie, l’analyse de stabilité linéaire modale tridimensionnelle du q-vortex est étudiée. Cette analyse met en lumière la modification substantielle de la stabilité du q-vortex par l’ajout d’un profil de masse volumique variable. Lorsque le cœur du tourbillon est plus lourd que l’environnement extérieur, le domaine d’instabilité, limité en situation homogène, aux faibles nombres de swirl (q < 1.5), est étendu aux grands nombres de swirl. Les instabilités associées présentent de forts taux d’amplification et reposent sur le mécanisme de l’instabilité de Rayleigh–Taylor (RTI), déjà identifié à nombre de swirl infini pour le tourbillon de Lamb–Oseen (Joly et al. , 2005). À l’inverse, la présence d’un cœur léger stabilise l’écoulement pour les grands nombres de swirl. L’effet du rapport Ɛ des rayons des profils de vorticité et de masse volumique dépend des autres paramètres. Aux grands nombres de Reynolds et de swirl, letaux d’amplification augmente continûment avec Ɛ. En revanche, aux petits nombres de swirl (pour toute valeur de Reynolds) ou aux grands nombres de swirl uniquement à faible Reynolds, la réponse à la concentration du profil de masse volumique au centre du tourbillon n’est pas monotone et il existe une valeur optimale de ce rapport proche de Ɛ ≈ 2.La deuxième partie de la thèse se focalise sur l'analyse de stabilité linéaire non-modale de l'écoulement. Ce type d'analyse n'ayant pas encore été déployée pour des écoulements tourbillonnaires avec une variation radiale de masse volumique, l'étape de validation a impliqué le développement d'un code de calcul des perturbations adjointes. Ces modes adjoints correspondent aux excitations optimales conduisant à un gain d'énergie maximal aux temps longs, ils sont présentés succinctement. La sensibilité du problème d'optimisation au choix de la norme énergétique, des conditions initiales et du champ de base est étudiée. Sur ce dernier point, une modélisation instationnaire de l'écoulement de base est considérée via une simulation non linéaire initialisée à partir du q-vortex à masse volumique variable. À très grands nombres de Reynolds, la diffusion visqueuse est négligeable et l'écoulement peut être considéré comme stationnaire et correctement approximé par la solution analytique initiale. Ce n'est en revanche plus le cas à des nombres de Reynolds modérés pour lesquels le champ de base devient instationnaire. L'approximation stationnaire par le champ de base analytique est donc moins adaptée pour ce régime. On analyse enfin la variation de la perturbation optimale aux différents paramètres de l'écoulement. En particulier, le mécanisme de croissance transitoire de Orr (par cisaillement longitudinal et azimutal) est identifié comme le principal mécanisme responsable de l'augmentation du taux de croissance de la perturbation aux temps courtsThe aim of this PhD thesis is to study the stability of a flow representative of trailing vortices generated by aircraft. To this end, two methods of increasing complexity have been used to analyse the stability of the q-vortex model, an approximation of the Batchelor (1964) vortex with the addition of a variable density profile. The first one, the modal linear stability analysis, allows to find the most amplified modes by solving an eigenvalue problem. Given the stationarity and double spatial homogeneity of the base flow field, this method is computationally efficient, allowing a thorough exploration of the problem's parameter space. The second method, the non-modal linear stability analysis, deals with the potential for transient growth mechanisms using a direct-adjoint approach. The use of this methodology is justified by the non-normal character of the Navier–Stokes operator.In the first part, the three-dimensional modal linear stability analysis of the q-vortex is studied. This analysis shows that the vortex stability is substantially modified by the presence of a variable-density profile. When the vortex core is heavier than the external environment, the instability domain, limited to low swirl numbers (q <1.5) in the constant density case, is extended to high swirl numbers. The associated instabilities exhibit high amplification rates and are associated to the Rayleigh–Taylor instability (RTI) mechanism, already identified at infinite swirl numbers for the Lamb–Oseen vortex (Joly et al., 2005). Conversely, the presence of a light core stabilises the flow for large swirl numbers. The effect of the vorticity-to-density radius ratio Ɛ depends on the other parameters. At high Reynolds and swirl numbers, the amplification rate increases continuously with Ɛ. On the other hand, at low swirl numbers (for any Reynolds value) or at high swirl numbers only at low Reynolds, the response to the concentration of the density profile at the centre of the vortex is not monotonic, and there is an optimum value for this ratio close to Ɛ ≈ 2.The second part of the thesis is devoted to the non-modal linear stability analysis of the flow. As this type of analysis had not yet been carried out on a vortex flow with a radial variation of density, the code validation step involved the development of a modal code for determining the adjoint perturbations. These adjoint modes correspond to the optimal excitation leading to maximum energy gain at long times, they are presented briefly. The sensitivity of the optimisation problem to the choice of the energy norm, the initial conditions and the base flow field is studied. Considering the latter, an unsteady modelling of the base flow is conducted via nonlinear simulations initialised from the variable-density q-vortex. At very high Reynolds numbers, viscous diffusion is negligible and the flow can be considered stationary and correctly approximated by the initial analytical solution. However, this is no longer the case at moderate Reynolds numbers, where the base flow becomes unsteady. Approximation via the steady analytical q-vortex-like solution is therefore less suitable for this regime. Finally, the variation of the optimal perturbation at different flow parameters is analysed. In particular, the Orr mechanism for transient energy growth is identified as the main mechanism responsible for the increase in perturbation growth rate at short times
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Coppens, Fabien. "Simulations numériques sur le développement de la turbulence dans un tourbillon." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT014H.
Abstract:
Les tourbillons constituent des écoulements d'un grand intérêt aussi bien théorique que technologique. Au vu des difficultés rencontrées dans les approches expérimentale et de modélisation, on a employé les outils de simulation numérique directe (DNS) et des grandes échelles (LES) pour étudier les possibilités de développement et le devenir de la turbulence dans les tourbillons, décrits ici par un choix de modèles analytiques. Un résumé des connaissances actuelles sur la stabilité hydrodynamique des écoulements tourbillonnaires a été effectué, qui met en évidence la probable mais non évidente stabilité du tourbillon bidimensionnel, et l'existence d'une infinité de modes propres amplifiés dans le cas du tourbillon tridimensionnel défini par le modèle de Batchelor. Une simulation LES de ce dernier, dans lequel on introduit l'un des modes issus de la stabilité linéaire, a permis de décrire l'amplification d'une turbulence développée. L'évolution de l'instabilité entraîne une rapide résorption du champ de vitesse axiale du tourbillon, sans modification notable de la vitesse tangentielle. Le tourbillon se retrouve alors dans une configuration stable. Une analyse statistique de l'écoulement a été effectuée, qui caractérise l'évolution des corrélations turbulentes, informations utiles pour le développement ultérieur de modèles de turbulence dans les écoulements rotatifs. Une simulation DNS du tourbillon bidimensionnel de Lamb-Oseen soumis à une perturbation aléatoire a confirmé la stabilité de cet écoulement. Il a enfin été possible de simuler l'amorce linéaire du développement de l'instabilité de Widnall. Cette instabilité résulte de l'interaction de deux tourbillons dans les phases finales d'évolution d'un sillage d'avion, et peut contribuer à accélérer sa dispersion.
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Joly, Cécile. "Simulations numériques d'un jet rond turbulent et de son interaction avec un tourbillon de sillage." Université de Marne-la-Vallée, 2002. http://www.theses.fr/2002MARN0147.
Abstract:
Le contexte général de cette étude concerne l’impact des traînées de condensation, ces fameux panaches blancs fréquemment observés dans le sillage des avions, sur l’atmosphère. D’un point de vue aérodynamique, la formation des traînées de condensation se caractérise par l’interaction entre un jet turbulent et un tourbillon de sillage. L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes thermiques et dynamiques mis en jeu dans cet écoulement. Ce travail repose sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes, et de conservation de l’énergie, formulées pour le cas d’un écoulement tridimensionnel, instationnaire et compressible. Deux approches sont considérées: la simulation numérique directe et la simulation des grandes échelles. Une simulation temporelle de la transition à la turbulence d’un jet rond non-isotherme est effectuée sans tenir compte du champ tourbillonnaire. A l’issue de cette simulation, un modèle de tourbillon de sillage est superposé à l’écoulement de jet. La première partie de cette thèse présente les deux approches, les différents modèles de sous-maille choisis pour les simulations des grandes échelles, ainsi que les méthodes numériques employées. La deuxième partie est consacrée à la simulation de l’écoulement de jet, et ici, l’objectif est de déterminer le modèle de sous-maille approprié à cette configuration d’écoulement. La troisième partie est dédiée à la simulation de l’interaction entre le jet et le tourbillon de sillage. Les résultats sont comparés à ceux issue d’une campagne d’essais. Les simulations ont démontré le développement de grosses structures de la turbulence autour du cœur tourbillonnaire, dans lesquelles se concentre le champ de températureThe general context of this study concerns the impact of contrails, these famous white plumes frequently observed in the aircraft wake, on the atmosphere. From an aerodynamic point of view, the formation of the contrails is characterised by the interaction between a turbulent jet and a wing-tip vortex. The aim of this thesis is to contribute to a better understanding of the thermal and dynamic phenomena involved in this flow. This work is based on the numerical resolution of the three-dimensional, unsteady and compressible Navier-Stokes and energy conservation equations. Two approaches are considered: the direct numerical simulation and the large eddy simulation. A temporal simulation of the transition to turbulence of a non-isothermal jet is performed without accounting for the vortex flow field. A the end of this simulation, a vortex model is superimposed on the jet flow field. The first part of this thesis describes the two approaches, the different subgrid models chosen for the large eddy simulations, and the numerical techniques employed. The second part is devoted to the jet flow simulation, and here the objective is to determine the subgrid model appropriated to this flow configuration. The third part is dedicated to the simulation of interaction between the jet and the vortex. Results are compared to experimental data. The simulations have demonstrated the development of large scale structures all around the vortex core. The temperature field concentrates in the large scale structures
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Nybelen, Laurent. "Etude numérique d'écoulements tourbillonnaires de sillage d'avion." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00450477.
Abstract:
Le sillage d'avion est composé de plusieurs tourbillons énergétiques dont la durée de vie peut atteindre plusieurs minutes. Ils peuvent représenter un danger pour un avion suiveur en raison d'un fort moment de roulis induit. Le travail présenté ici contribue à la connaissance du comportement de ces tourbillons à l'aide de simulations numériques directes et aux grandes échelles. Différents aspects de la dynamique des tourbillons ont été étudiés. Le premier concerne la propagation et la collision de fronts d'onde le long d'un tourbillon. Ces fronts peuvent être générés lors de la reconnexion des tourbillons contrarotatifs dans le champ lointain du sillage (instabilité de grande longueur d'onde). Les caractéristiques de la propagation et de ses conséquences ont été mises en évidence, ainsi qu'un critère objectif d'apparition du phénomène d'explosion tourbillonnaire (contribue fortement à la dissipation du sillage). Par le biais de simulations temporelles, une étude paramétrique a ensuite été menée pour caractériser et quantifier l'interaction entre un tourbillon et un jet de moteur. Les résultats obtenus montrent que l'écoulement de jet a pour effet de diminuer le pic de vitesse des tourbillons en condition de croisière. En conditions hypersustentées, le jet peut être suffisamment puissant pour mener à la déstructuration du tourbillon. Le dernier phénomène étudié est la fusion des tourbillons corotatifs émis en bout d'aile et de volet. L'approche temporelle a permis d'étudier ce processus dans des conditions stables et instables sans vitesse axiale, pour deux modèles de tourbillons. Des conditions limites adaptées ont par la suite été implantées dans le but d'effectuer des simulations spatiales de ce processus de fusion. Ce type de simulation permet en outre de prendre en compte la torsion du système tourbillonnaire et l'influence d'une vitesse axiale. Deux configurations d'écoulements ont été simulées et ont permis de montrer la complexité des mécanismes instationnaires existants. Cette thèse a été réalisée au CERFACS dans le cadre du projet européen FAR-Wake.
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Thomas, Olivier. "Simulations numériques de perturbations d’un tourbillon de Lamb-Oseen : application à l’éclatement tourbillonnaire dans les sillages des avions de transport." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00814536.
Abstract:
Ce mémoire synthétise les travaux réalisés sur le thème des instabilités propagatives et l'éclatement tourbillonnaire observé dans des installations expérimentales telles que les souffleries à catapulte ou les bassins hydrodynamiques, dont le but est de caractériser le sillage tourbillonnaire d'avions de transport. Il comprend une synthèse bibliographique, une exploitation des campagnes d'essais réalisées dans la soufflerie B20 à l’ONERA Lille, une présentation du code de calcul FLUDILES de Simulation Numérique Directe, une modélisation des perturbations d'un tourbillon de Lamb-Oseen et la validation des calculs DNS sur la théorie de stabilité linéaire, ainsi qu’une étude numérique et théorique de la dynamique non linéaire d'un tourbillon de Lamb-Oseen par la DNSThis report synthesizes the works performed on the theme of end effects and vortex bursting observed in experimental facilities such as catapult wind tunnels or towing tanks, whose aim it is to characterize the wake vortices of civil aircraft. It includes a bibliographical synthesis, the post-processing of experimental campaigns performed in the B20 wind tunnel in ONERA Lille, the presentation of the Direct Numerical Simulation FLUDILES code, the modelling of the disturbances of a Lamb-Oseen vortex and the confirmation of DNS calculations upon the linear stability theory, the numerical and theoretical study of the nonlinear dynamics of a Lamb-Oseen vortex by means of DNS
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Thomas, Olivier. "Simulations numériques de perturbations d'un tourbillon de Lamb-Oseen : application à l'éclatement tourbillonnaire dans les sillages des avions de transport." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00814536.
Abstract:
Ce mémoire synthétise les travaux réalisés sur le thème des instabilités propagatives et l'éclatement tourbillonnaire observé dans des installations expérimentales telles que les souffleries à catapulte ou les bassins hydrodynamiques, dont le but est de caractériser le sillage tourbillonnaire d'avions de transport. Il comprend une synthèse bibliographique, une exploitation des campagnes d'essais réalisées dans la soufflerie B20 à l'ONERA Lille, une présentation du code de calcul FLUDILES de Simulation Numérique Directe, une modélisation des perturbations d'un tourbillon de Lamb-Oseen et la validation des calculs DNS sur la théorie de stabilité linéaire, ainsi qu'une étude numérique et théorique de la dynamique non linéaire d'un tourbillon de Lamb-Oseen par la DNS.
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Bolnot, Hadrien. "Instabilités des tourbillons hélicoïdaux : application au sillage des rotors." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4825/document.
Abstract:
Ce travail de thèse porte sur les propriétés de stabilité des tourbillons hélicoïdaux, structures que l'on retrouve notamment dans le sillage des rotors d'hélicoptères et d'éoliennes.Dans une première partie, le développement spatio-temporel de l'instabilité d'appariement est caractérisé à l'aide d'un code numérique pseudo-spectral pour une allée infinie d'anneaux tourbillonnaires. On montre que ce modèle axisymétrique d'écoulement est en effet une bonne approximation du système hélicoïdal dans la limite des grands rayons et petits pas d’hélice. Dans ces conditions, et en utilisant un adimensionnement judicieux, on obtient également que le résultat théorique pour le taux de croissance spatio-temporel obtenu pour une double allée de tourbillons ponctuels s’avère être une bonne prédiction pour le cas hélicoïdal.Dans une seconde partie, on décrit comment un ou plusieurs tourbillons hélicoïdaux ont pu être générés de façon très peu perturbée à l’aide de modèles réduits de rotors dans le canal hydrodynamique du laboratoire. Grâce à l’introduction de perturbations d’amplitudes et de fréquences soigneusement contrôlées, le taux de croissance de l’instabilité d’appariement a pu être mesuré et comparé aux résultats théoriques. L’évolution non linéaire de ces perturbations ainsi que d’autres modes instables, à plus petites longueurs d’onde, ont également pu être observés expérimentalement pour la première fois.Enfin, ces résultats ont été appliqués au cas des rotors d’hélicoptères pour la prédiction du régime de Vortex Ring State (VRS) et à la transition vers la turbulence du sillage des éoliennesThis thesis is devoted to the stability properties of helical vortices, which are of interest for applications such as helicopter and wind turbine wakes.In a first part, the spatio-temporal development of the pairing instability is characterised for an infinite array of vortex rings, using a pseudo-spectral numerical code. We show that this axisymmetric flow model is indeed a good approximation of the helical system in the limit of large helix radius and small pitch. Under these assumptions, and by using appropriate dimensionless variables, we also show that the theoretical result concerning the spatio-temporal growth rate for a double row of point vortices represents a good prediction for the helical case.In a second part, we describe how one or several helical vortices were generated in a carefully controlled way using small-scale rotor models in the water channel of the laboratory. Introducing perturbations with well-defined amplitudes and frequencies, the growth rate of the pairing instability could be measured experimentally and compared to theoretical predictions. The non-linear evolution of these perturbations, as well as other unstable modes of smaller wavelengths, were also observed experimentally for the first time.Finally, these results were applied to helicopter wakes for the prediction of the Vortex Ring State (VRS) regime and to the transition to turbulence in wind turbine wakes
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Riera, William. "Evaluation of the ZDES method on an axial compressor : analysis of the effects of upstream wake and throttle on the tip-leakage flow." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0030/document.
Abstract:
L’écoulement de jeu dans les compresseurs axiaux est étudié à l’aide de la Zonal Detached Eddy Simulation (ZDES). L’objectif consiste à évaluer la capacité de méthodes hybrides URANS/LES à simuler l’écoulement de jeu d’un compresseur axial réaliste afin de mieux comprendre la physique de cet écoulement, notamment son comportement au vannage ainsi que l’effet de sillages venant du stator amont sur le rotor aval. Après avoir choisi la méthode hybride ZDES, un banc d’essai numérique est défini afin de simuler le premier rotor du compresseur de recherche CREATE. Ce banc a la particularité de pouvoir prendre en compte les effets instationnaires venant de la roue directrice d’entrée (RDE), notamment son sillage ainsi que les tourbillons générés en pied et en tête. Basé sur des critères de maillage ZDES, il est utilisé pour évaluer cette méthode comparativement aux méthodes classiques RANS et URANS. La ZDES est validée par étape jusqu’à une analyse spectrale de l’écoulement de jeu se basant sur des données expérimentales. Elle s’est révélée capable de capturer plus précisément l’intensité et la position des phénomènes instationnaires rencontrés en tête du rotor, notamment le tourbillon de jeu. Les densités spectrales de puissance analysées montrent que cela est dû en partie à une meilleure prise en compte du transfert d’énergie des grandes vers les petites structures de l’écoulement avant leur dissipation. De plus, l’écart entre les approches s’accentue lorsque le tourbillon de jeu traverse le choc en tête. Proche pompage, les effets d’interaction entre le choc, le tourbillon de jeu, la couche limite carter et le tourbillon venant de la tête de la RDE sont amplifiés. Le décollement de la couche limite carter s’accentue et une inversion locale de l’écoulement est observée. De plus, le tourbillon de jeu s’élargit et est dévié vers la pale adjacente, ce qui intensifie le phénomène de double écoulement de jeu. L’interaction du tourbillon venant de la tête de la RDE avec le choc et le tourbillon de jeu du rotor est ensuite étudiée au point de dessin. Un battement du tourbillon de jeu est rencontré lors de l’interaction de ce tourbillon avec le tourbillon de tête de la RDE, ce qui diminue le double écoulement de jeuThe tip-leakage flow in axial compressors is studied with the Zonal Detached Eddy Simulation (ZDES). This study aims at evaluating the capability of hybrid URANS/LES methods to simulate the tip-leakage flow within a realistic axial compressor in order to better understand the involved physics, especially the behaviour of the flow near surge and the effects of stator wakes on the downstream rotor. Once the ZDES method is chosen, a numerical test bench is defined to simulate the first rotor of the research compressor CREATE. This bench takes into account the unsteady effects of the Inlet Guide Vane (IGV), such as its wake as well as vortices generated at the IGV hub and tip. It is based upon ZDES meshing criteria and is used to evaluate this method compared to classic RANS and URANS approaches. A method validation is carried out up to a spectral analysis compared to experimental data. The ZDES is capable to capture more accurately the intensity and position of the unsteady phenomena encountered in the tip region, especially the tip-leakage vortex. The power spectral densities highlight that this partly originates from a better capture of the energy transfer from large to small structures until their dissipation. The discrepancy between the methods is accentuated as the tip-leakage vortex crosses the shock. Near the surge line, the interactions between the shock, the tip-leakage vortex, the boundary layer developing on the shroud and the vortex generated by the IGV tip are amplified. The boundary layer on the shroud separates earlier and a local flow inversion occurs. Besides, the tip-leakage vortex widens and is deflected toward the adjacent blade. This strengthens the double leakage. At the design operating point, the interaction of the IGV tip vortex with the shock and the rotor tip vortex is studied. A vortex flutter is observed as the IGV tip vortex arrives on the rotor blade and stretches the rotor tip vortex. This phenomenon decreases the double leakage
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Moet, Henri. "Simulation numérique du comportement des tourbillons de sillage dans l'atmosphère." Toulouse, INPT, 2003. http://www.theses.fr/2003INPT007H.
Abstract:
Le sillage d'un avion est composé de tourbillons intenses. La durée de vie de ces tourbillons dépend des conditions atmosphériques et peut être de l'ordre de plusieurs minutes. Ils peuvent constituer un danger considérable pour un avion pénétrant dans ce sillage et leur action peut se traduire par un fort mouvement de roulis ou descendant. Le but de ce travail est d'étudier les effets des conditions atmosphériques sur le comportement des tourbillons de sillage par la simulation numérique. Dans le champ proche étendu nous avons simulé le phénomène de la fusion instable due au développement de l'instabilité elliptique en étudiant la robustesse de ce phénomène sous l'effet de la turbulence ambiante. L'effet de la turbulence ambiante à également été étudié dans le champ lointain. Ceci a été réalisé en considérant différentes configurations de vortex et une étude paramétrique a identifié les paramètres pertinents qui gouvernent la dégénérescence du sillage due à la turbulence. Ces résultats ont été utilisés pour définir un modèle préliminaire de dégénérescence pour des tourbillons affectés par la turbulence. Une étude de la propagation d'onde dans des tourbillons représentatifs du sillage lointain a montré l'apparition de l'instabilité hélicoi͏̈dale et du phénomène de 'vortex bursting'. Pour atteindre ce but, des configurations simples et plus réalistes (correspondant au sillage d'un avion de transport) ont été considérées. D'autres simulations ont été faites pour étudier l'effet de la stratification stable sur les tourbillons de sillage dans le champ lointain [. . . ]
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Meunier, Patrice. "Tourbilons et sillages dans les fluides géophysiques." Habilitation à diriger des recherches, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00426779.
Abstract:
Dans les fluides géophysiques tels que l'atmosphère, l'océan ou l'intérieur de la terre, la présence de rotation et de stratification peut fortement modifier les écoulements bien connus pour des fluides homogènes. Ce manuscrit présente quelques exemples dans lesquels ces effets peuvent soit stabiliser l'écoulement (comme dans le cas des sillages stratifiés) soit le déstabiliser (comme dans le cas des tourbillons stratifiés et de la précession). Enfin, le problème du mélange qui reste encore inexpliqué dans les océans est discuté et une nouvelle méthode numérique permettant de traiter le cas des très faibles diffusivités est présenté.
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Rivoalen, Elie. "Étude numérique et expérimentale de tourbillons de sillage proches d'une surface libre." Le Havre, 1994. http://www.theses.fr/1994LEHA0007.
Abstract:
Ce travail a pour objet l'étude numérique et expérimentale d'un appendice de navire et de son sillage situes près de la surface de l'eau. Des méthodes intégrales sont utilisées pour modéliser l'écoulement incompressible de fluide parfait sous la surface libre. Les zones rotationnelles sont modélisées en utilisant une discrétisation particulaire en description lagrangienne du sillage tourbillonnaire. Dans ce cadre des développements théoriques sur le traitement non linéaire du sillage ont été menés. On introduit un premier modèle de diffusion tridimensionnel du rotationnel : il associe un déplacement déterministe des particules suivant la direction donnée par la composante locale du tourbillon et une méthode intégrale suivant les deux autres directions. Un second modèle permet de traiter une perturbation périodique imposée au sillage tourbillonnaire par un traitement asymptotique des différents termes intervenant dans l'équation d'Helmholtz. Ces deux modelés permettent d'ores et déjà d'envisager d'autres applications. L'étude expérimentale de l'écoulement a surface libre près d'un profil immerge en canal hydrodynamique nous a amenés à développer un dispositif optique de mesure de surface libre (mesure locale et non intrusive en régime instationnaire). Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les simulations numériques
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Liu, Zhongxun. "Modélisation des signatures radar des tourbillons de sillage par temps de pluie." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0015/document.
Abstract:
La surveillance des turbulences de sillage par radar en temps de pluie présente un intérêt à la fois pratique et scientifique. Cette thématique a été traitée à travers trois étapes successives.Tout d’abord, le mouvement et la distribution des gouttes d’eau dans les vortex ont été modélisés et simulés. A partir de l’équation de la dynamique appliquée sur une goutte d’eau, une méthode de calcul de la trajectoire des gouttes d’eau et de leur concentration dans les turbulences de sillage a été proposée. Ensuite, deux simulateurs de réponse radar des gouttes d’eau dans et autour des vortex ont été proposés. Ces deux simulateurs ont été utilisés pour reproduire des configurations expérimentales, et une comparaison préliminaire avec les mesures a montré une concordance intéressante entre mesures et simulations en bande X et W. Enfin, l’interprétation de la signature radar des gouttes de pluie dans les vortex a été présentée. La dépendance de la signature envers différents paramètres, à savoir l’intensité de précipitation, la circulation des vortex et les paramètres radar, a été étudiée pour des turbulences de sillage générées par différents types d’avions. Une méthode de détection des turbulences de sillage basée sur la largeur du spectre Doppler des gouttes de pluie et un algorithme permettant d’estimer les caractéristiques des turbulences de sillage ont été proposées. La signature radar des turbulences de sillage par temps de pluie a été modélisée et analysée dans cette thèse. Les résultats de simulations ont démontré les capacités du radar pour la détection de ces turbulences. Les méthodes développées dans cette thèse pourront être utilisées pour le dimensionnement de systèmes radar dédiés à la surveillance des turbulences de sillage par temps de pluieNvestigation on radar monitoring of wake vortices in rainy weather is of both scientific and practical interests. This topic hasbeen tackled through three successive steps during this thesis.Firstly, the motion of raindrops in wake vortices has been modeled and simulated. The equation of the motion has been derived and the methodology to compute the raindrops' trajectory and distribution in the flow induced by the wakevortices has been proposed. Secondly, two simulators have been developed for evaluating the radar signatures of raindropsin wake vortices. Those simulators have been used to reproduce experimental configurations and the comparison betweenmeasured and simulated signature has shown an interesting agreement at X and W band. Lastly, the interpretation of radarsignatures of raindrops in wake vortices has been presented. The dependence of radar signatures on rain rate, vortexcirculation and radar parameters has been studied. A wake vortex detection method based on the analysis of Dopplerspectrum width of raindrops and a methodology to estimate the wake vortex characteristics have been proposed.The radar signatures of wake vortices in rainy weather have been modeled and analyzed in this thesis. The simulationresults have demonstrated the capability of radar to detect wake vortex in rainy weather. The methodologies developed inthis thesis can be further exploited for designing new wake vortex radar systems
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Fabre, David. "Instabilité et instationnarités dans les tourbillons : Application aux sillages d'avions." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066520.
Abstract:
L'écoulement de sillage généré par un avion est composé de tourbillons persistants, qui constituent un danger pour les avions suivants. Cette thèse est une contribution à l'étude des mécanismes d'instabilités et d'instationnarités caractérisant ces tourbillons. L'accent est mis sur la prise en compte des propriétés de sillage réels, et sur la contribution éventuelle de ces mécanismes à la dissipation du sillage. La première partie de cette thèse illustre les propriétés de l'écoulement de sillage d'avions en se basant notamment sur des expériences réalisées en soufflerie. On introduit plusieurs modèles de tourbillons "réalistes" qui seront étudiés dans la suite. La seconde partie étudie à l'aide d'une méthode de collocation spectrale les mécanismes linéaires affectant un tourbillon considéré isolément. On s'intéresse tout d'abord aux "ondes de Kelvin" (ou ondes d'inertie), et on montre que dans les tourbillons "réalistes" une grande partie de ces ondes deviennent atténuées. On étudie ensuite les instabilités à courte longueur d'onde de Widnall existant dans ces mêmes tourbillons "réalistes". On s'intéresse également à une famille d'instabilités visqueuses existant à haut Reynolds dans des tourbillons comportant un écoulement axial. Dans une troisième partie, on étudie les propriétés de stabilité à grande longueur d'onde de système de tourbillon en utilisant une méthode de filaments de vorticité. Le cas de deux tourbillons est d'abord considéré ; les paire contrarotatives sont affectées par l'instabilité à grandes ondes de Crow tandis que les paires corotatives sont stables. On étudie ensuite la stabilité d'un modèle de sillage constitué de deux paires de tourbillons. A l'aide d'un calcul de perturbations optimales on met en évidence l'intérêt des configurations contrarotatives, c'est à dire deux paires de tourbillons de signes opposés, ainsi que la nécessité d'un forçage de l'instabilité à grande longueur d'onde pour aboutir à une dissipation rapide du sillage. La quatrième partie de cette thèse reconsidère les instabilités de Crow et de Windnall du point de vue de la stabilité spatiale, et donne une évaluation de leur nature convective ou absolueThe trailing wake generated by an aircraft is composed of persistant vortices wich pose a danger to following aircrafts. This thesis is concerned with the instabilité and instationaritymechanisms characterising these vortices. Emphasis is laid on the properties of realistic trailingwakes and the possible contribution of these mechanisms to wake dissipation. The first part of the thesis is devoted the properties of trailing wakes, and is based on analyses of wind tunnel experiments. Several "realistic" vortex models are described. In the second part the linear mechanisms affecting an isolated vortex are studied using a spectral collocation method. The Kelvin waves (or inertial waves) are first cconsidered, and it is shown that in "realistic" vortices most of these waves become damped. The properties of the short-wave Widnall instabilities are then described for the same "realistic vortices. A family of viscous instabilities existing in high-Reynolds vortices in the presence of axial flow is then considered. In a third part the long-wave cooperative instabilities in systems of parallel vortices are studied using a vortex filament method. The case of two vortices is first considered ; counter-rotating pairs are affected by the long-wave Crow instability while corotating pairs are stable. The stability of an aircraft wake model composed of two pairs is then considered. An optimal perturbation analysis is used and allows to emphasize the interest of counter-rotating configuration and the necessity of a long wavelength forcing in order to achieve a rapid wake dissipation. In the fourth part the Crow and Widnall insatbilities are reconsidered in the framework of spatial theory, and the convective or absolute nature of these instabilities are evaluated
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Fabre, David. "Instabilités et instationnarités dans les tourbillons : application aux sillages d'avions /." [Châtillon] : ONERA, 2002. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb38839378d.
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Laporte, Florent. "Simulation numérique appliquée à la caractérisation et aux instabilités des tourbillons de sillage d'avions de transport." Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT003H.
Abstract:
Le sillage des avions de transport est composé de plusieurs tourbillons énergétiques, dont certains peuvent persister plusieurs minutes dans l'atmosphère. Ils peuvent constituer un danger pour un avion pénétrant dans ce sillage, en particulier pendant les phases de décollage et d'atterrissage. Le travail présenté est une contribution à l'étude de la caractérisation du champ proche étendu de tels sillages, et des mécanismes d'instabilité pouvant se développer en leur sein, par la simulation numérique. Dans une première partie du travail, on a développé des méthodes numériques adaptées au calcul des écoulements instationnaires, en particulier des schémas de discrétisation spatiale centrés d'ordre élevé et une méthodologie de pas de temps adaptatif pour une intégration temporelle implicite. La deuxième partie du travail est dévolue à la caractérisation stationnaire et instationnaire du sillage proche étendu, en se concentrant sur le contrôle de la solution numérique, de l'approximation fluide parfait à la simulation des grandes échelles. On montre que la simulation numérique est un outil prédictif validé dans le champ proche étendu. La troisième partie de ce travail est dédiée à l'étude de la stabilité de modèles simples de tourbillons de sillage, ces modèles étant établis à partir des résultats de la deuxième partie. Dans le champ proche étendu, on montre que le développement de l'instabilité elliptique entre vortex co-rotatifs peut modifier la dynamique de la fusion des vortex. Dans le champ lointain, on montre que l'instabilité elliptique ne peut se développer efficacement dans une paire de vortes contra-rotatifs que si les coeurs sont assez proches (pas le cas dans les vortex de sillages actuels). Les modes d'instabilité dûs à la présence de vitesse axiale au coeur des vortex sont également simulés, montrant la diversité des mécanismes instationnaires pouvant exister dans les tourbillons de sillage.
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Ali, Mohamed. "Caractérisation et instabilités des tourbillons hélicoïdaux dans les sillages des rotors." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4708/document.
Abstract:
Les tourbillons hélicoïdaux générés derrière les rotors sont étudiés. Pour les générer, une méthode basée sur le couplage entre la technique de la ligne active et un solveur des équations de Navier-Stokes (ENS), incompressibles et tridimensionnelles, a été développée. Elle consiste à modéliser la pâle par son équivalent de forces volumiques. Les équations, écrites en coordonnées cylindriques, sont résolues par un schéma de différences finies, écrit en parallèle. La méthode est d'ordre deux en temps et en espace. Le solveur des ENS a été validé par la reproduction des taux de croissance d'un écoulement de jet, instable, trouvés par la théorie d'instabilité linéaire. La comparaison avec des données expérimentales a montré que la méthode prédit bien l'aérodynamique de la pâle. Ensuite, le tourbillon de bout de pâle a été, en particulier, caractérisé. La vorticité et la vitesse azimutale ont été trouvées auto-similaire et la taille du coeur suit asymptotiquement la loi de diffusion linéaire 2D. Un modèle simple du coeur du tourbillon a été proposé. La présence d'une vitesse axiale dans le coeur du tourbillon a été montrée et a été caractérisée en fonction du rapport de vitesse au bout de la pâle. Finalement, une étude de stabilité du tourbillon a été faite en utilisant une vitesse angulaire variable pour perturber l'écoulement. Les taux de croissances des modes les plus instables sont en bon accord avec celui de l'instabilité d'appariement 2D des tourbillons. Trois types de modes ont été identifiés en fonction de la fréquence des perturbations et ont été trouvés similaires aux modes décrits par la théorie et aussi trouvés, précédemment, par l'expérienceThis present work is aimed to study helical vortices encountered in the wakes of rotating elements. For this, the generation of a helical wake of a one-bladed-rotor in a laminar velocity field, is simulated by the actuator line method. This method is a coupling of a Navier-Stokes (NS) solver with the Actuator Line Method where the blade is replaced by the body forces. This method has been implemented in a finite difference code, that we have written in parallel to solve the 3D incompressible NS equations written in cylindrical coordinates. The order of accuracy of the method is two both in time and space. The NS solver was validated comparing growth rates of an unstable jet, found numerically, and those of linear instability theory. A good agreement was found. A good agreement was also found comparing numerical results to analytical formulations and experimental data. It was shown that the method predicts well the blade aerodynamics . Then, the helical tip vortex is characterized for different Reynolds numbers and Tip Speed Ratios. The vorticity and the azimuthal velocity were found self-similar and the vortex core follows asymptotically the linear 2D diffusion law. A simple model for the helical vortex core was proposed. The presence of an axial velocity inside the vortex core was highlighted. Then, a stability study of the helical tip vortex was done using an angular velocity dependent on time to perturb the flow. The largest growth rates were found in good agreement with those of the (2D) pairing instability. Three types of modes were identified based on the perturbation frequency. The results are similar to those found in previous analytical and experimental works
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Duplantier, Stéphane. "Etude expérimentale d'un sillage confiné se développant en aval d'un corps d'arrêt : influence de la combustion sur la structure du sillage." Poitiers, 1995. http://www.theses.fr/1995POIT2323.
Abstract:
Ce memoire est consacre a la presentation de l'etude experimentale d'une zone de combustion turbulente stabilisee dans le sillage d'un obstacle place dans un ecoulement de canal turbulent pleinement developpe alimente par un premelange de propane et d'air. On etudie la sensibilite des caracteristiques des ecoulements inertes et reactifs a une modification du debit d'alimentation du canal, de la forme et de la section de l'obstacle et du taux de blocage defini comme etant le rapport entre la hauteur de l'obstacle et la hauteur du canal. La comparaison des caracteristiques de ces deux types d'ecoulement presentant les memes conditions de debit et de geometrie d'obstacle montre que, malgre la similarite apparente de la nature de la structure associee au champ de vitesses moyennes qui se manifeste notamment par la presence d'une zone de recirculation suivie par une zone de sillage, le contenu energetique des spectres temporels des signaux de vitesses est profondement modifie lorsque l'on passe de l'ecoulement inerte a l'ecoulement reactif. Dans le cas inerte, les spectres de vitesses presentent, en particulier au voisinage de l'axe de symetrie du canal et pour la composante transverse de la vitesse, une frequence marquee qui est associee a la presence d'un echappement tourbillonnaire. Dans le cas reactif, on observe une disparition complete de cette frequence marquee sur la composante transverse de la vitesse avec, dans certains cas, apparition d'une frequence marquee sur la composante longitudinale et sur le spectre du signal de temperature. Cette modification des caracteristiques spectrales du signal de vitesse s'accompagne d'une forte diminution des fluctuations de vitesse transverse et d'un maintien du niveau des fluctuations de vitesse longitudinale. Ces resultats montrent que, si des structures ordonnees existent encore au sein de l'ecoulement reactif, leur contenu energetique est, au maximum, de l'ordre de grandeur de celui associe a la turbulence
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Belahadji, Brahim. "Cavitation dans le sillage turbulent d'un obstacle." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10101.
Abstract:
Le présent mémoire à dominante expérimentale, est relatif à la naissance, au développement et à l'extinction de la cavitation dans les structures cohérentes du sillage turbulent d'un obstacle en forme de coin triangulaire. La cinématique, l'entrelacement et les zones d'évolution de ces structures sont étudiés en détail au moyen de photographies et de films ultra-rapides de l'écoulement. L'attention est donnée aussi à la pression in stationnaire du sillage turbulent et aux pics de pression quasi instantanés dus à l'implosion de structures de vapeur. Diverses contributions au champ de pression qui règne dans le coeur des tourbillons cavitants sont modélisées. Un modèle, basé sur les tourbillons issus des deux couches limites qui se développent sur les cotes du coin, conduit à la prévision du paramètre de cavitation naissante. Les résultats de ce modèle sont en très bon accord avec ceux de l'expérience : la considération des structures cohérentes semble alors seule capable de rendre compte de l'écart important qui existe entre la valeur du paramètre de cavitation naissante et le coefficient de pression moyen dans la zone d'apparition de la cavitation
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Puel, Florent. "Intéraction de tourbillons avec une paroi." École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007), 1999. http://www.theses.fr/1999ESAE0005.
Abstract:
On se propose d'étudier l'intéraction de sillages tourbillonnaires avec le sol. Dans le but de décrire le phénomène du rebond des tourbillons, un code de calcul résolvant les équations de Navier-Stokes incompressibles a été développé. Le code Rétines est adapté à l'étude d'écoulements bidimensionnels instationnaires et tridimensionnels stationnaires présentant une direction privilégiée. La discrétisation des équations du problème est réalisée par la méthode des volumes finis. Les schémas de discrétisation sont précis au second ordre en temps et en espace. La technique de résolution est basée sur l'emploi d'une méthode de marche associée à l'utilisation de l'algorithme S. I. M. P. L. E. . Le code Rétines offre une gestion paramétrée des conditions aux limites ainsi qu'une adaptation automatique du maillage. En initialisant le domaine de calcul par deux tourbillons contrarotatifs du type Lamb-Oseen, la version bidimensionnelle du code Rétines a permis de mettre en évidence le rebond de ces tourbillons contre la paroi et la création de tourbillons secondaires, tertiaires, etc. . . On présente également l'influence du nombre de Reynolds ainsi que celle d'un vent de travers sur les trajectoires des deux tourbillons principaux. Une modélisation du mécanisme de rebond, réalisée à partir d'une approche en fluide parfait, vient compléter cette étude. Des mesures effectuées dans le tunnel hydrodynamique THALES équipé d'un tapis roulant ont permis de valider la version tridimensionnelle du code Rétines.
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Moldoveanu, Cristian-Emil Boisson Henri-Claude Moraru Florentin. "Simulation aux Grandes Échelles de tourbillons longitudinaux soumis à une turbulence extérieure intense." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000696.
Abstract:
Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des fluides : Toulouse, INPT : 2007. Reproduction de : Thèse de doctorat : Ingénierie aérospatiale : Académie technique militaire de Bucarest : 2007.Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 120 réf.
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Bouchet, Eric. "Étude du bruit d'interaction pale-sillage d'un rotor principal d'hélicoptère." Le Havre, 2002. http://www.theses.fr/2002LEHA0011.
Abstract:
Mécanismes de production d'une composante de bruit du rotor principal d'un hélicoptère appelé BWI qui apparaît lors d'une interaction pale-tourbillon perpendiculaire. Analyse des pressions sur pale obtenues en soufflerie pour une configuration de BWI intense et développement d'un modèle théorique de stabilité de deux filaments rectilignes parallèles porteurs de la même circulation. Avec simulation numérique de l'instabilité de courte longueur d'onde des filamentsUnderstanding the mecanisms responsible for the BWI noise of helicopter main rotor which occures during perpendicular blade-vortex interaction. An extensive analysis of the blade pressure is performed to get a deeper insight of the BWI mecanism. A stability analysis of modelization of the incident flow (two rectilinear and parallel filaments) is undertaken. The numerical and theoritical results are found to be in good agreement and consistent with the proposed instability hypothesis
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Chkir, Saïd. "Contribution àl'étude aérodynamique d'une éolienne par une méthode de sillage libre." Paris, ENSAM, 2010. http://www.theses.fr/2010ENAM0025.
Abstract:
Ce travail présente une méthode de calcul de l'écoulement tridimensionnel instationnaire autour d'un rotor éolien. L'écoulement réel au travers du rotor est remplacé par un écoulement de fluide parfait au travers d'un système tourbillonnaire équivalent. Ce système comporte des tourbillons attachés aux pales et des tourbillons libres détachés des pales. Pour simplifier, la vorticité issue des pales est supposée concentrée dans deux tourbillons à l'extrémité et au pied de chaque pale. Pour calculer l'écoulement résultant et évaluer les efforts instationnaires exercés sur la structure du rotor, une méthode de sillage libre a été mise en œuvre. Dans cette méthode on utilise une description lagrangienne de l'écoulement. L'évolution du sillage à l'aval du rotor est obtenue en suivant l'évolution spatio-temporelle de marqueurs qui représentent les tourbillons issus de l'extrémité et du pied de chaque pale. Pour résoudre l'équation qui gouverne l'évolution du sillage et pour obtenir les positions des marqueurs, une méthode utilisant un schéma explicite prédicteur-correcteur du deuxième ordre est mise en œuvre. La méthode de sillage libre suppose un fluide parfait mais dans ce travail les effets visqueux sont pris en compte. Les vitesses induites par les lignes tourbillonnaires sont supposées limitées par une vitesse maximale du noyau tourbillonnaire. Les coefficients nécessaires pour représenter l'influence de la viscosité sont obtenus expérimentalement. La validation de la méthode proposée est réalisée par comparaison avec des résultats expérimentaux où l'écoulement en aval du rotor est exploré en utilisant la technique de vélocimétrie par image de particules (PIV)This thesis presents a method for calculating the unsteady three-dimensional flow around a wind turbine rotor. The real flow is replaced by a free stream past a vortex model of the rotor. This model consists of lifting vortex lines which replace the blades and a trailing free vorticity. For simplicity the vorticity shed from the blade trailing edge is concentrated in two vortices issued from tip and root. To compute the resulting flow and to evaluate the unsteady forces exerted on the rotor, a free wake method is used. This method consists of a Lagrangian representation of the flow field. The evolution of the wake downstream of the rotor is obtained by tracking the markers representing the vortices issued from the blade tips and roots. To solve the wake governing equation and to obtain the marker positions, a time-marching method is applied and the solution is obtained by a second order predictor-corrector scheme. The free wake methods are usually inviscid, but in the present approach, the viscous effects are taken into account. It is supposed that the induced velocity on vortex line is limited by a maximum velocity in the viscous vortex core. The diffusion of the vortex lines and the vortex core growth are supposed to depend on vortex age. All constants needed to represent the viscosity effects are extracted from experiments. To validate the proposed method a comparison is made with experimental data obtained in the case of a model of wind turbine where the flow field immediately behind the rotor is measured by means of particle image velocimetry (PIV). It is shown that the numerical simulation captures correctly the near wake development
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Ahd, Mohamed. "Etude expérimentale du développement du sillage d'un cylindre circulaire placé en amont d'un corps d'arrêt." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2294.
Abstract:
On etudie experimentalement le developpement du sillage d'un cylindre circulaire en aval duquel se trouve un corps d'arret (cylindrique ou plan). Ce sillage est tout d'abord etudie dans les conditions ou celui-ci est le siege d'une allee de von karman. La comparaison des mesures effectuees lorsque le sillage se developpe dans un ecoulement uniforme et en presence d'un corps d'arret montre que la presence de ce dernier est responsable d'une diminution de la frequence et de la duree de vie de l'allee tourbillonnaire de von karman. Cette diminution est d'autant plus importante que la distance entre le cylindre produisant le sillage et le corps d'arret est faible, c'est-a-dire que le taux d'etirement de l'ecoulement dans lequel le sillage se developpe est grand. L'analyse du champ d'ecoulement entre la region de disparition de l'allee de von karman et le corps d'arret montre que cette region de l'espace est occupee par deux rouleaux contra-rotatifs instationnaires se formant et se detruisant alternativement. On recherche ensuite de maniere systematique les conditions critiques pour lesquelles de telles structures tourbillonnaires a grande echelle prennent naissance au voisinage du corps d'arret. Ces conditions critiques sont precisees comme fonction de la vitesse d'attaque de l'ecoulement sur le cylindre produisant le sillage, du diametre de celui-ci, de la distance separant le cylindre du corps d'arret et de la geometrie de ce dernier (cylindre ou plan). Les conditions critiques obtenues pour la formation de structures a grande echelle au voisinage du corps d'arret, montrent que celles-ci sont totalement independantes de l'existence prealable d'une allee de von karman. Lorsque ces structures existent, trois regimes pour l'ecoulement sont mis en evidence: i) un ecoulement constitue de deux structures contra-rotatives stationnaires dont la taille est une fonction croissante du nombre de reynolds du cylindre; ii) un ecoulement instationnaire ou les deux structures se forment, ont une phase de croissance, puis se detruisent alternativement de maniere periodique; iii) un ecoulement instationnaire ou le cycle precedent devient aleatoire. Ces resultats sont analyses du point de vue des theories existantes sur l'amplification (ou l'amortissement) d'une perturbation dans un ecoulement a point d'arret
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Tschümperlé, Denis. "Étude numérique de l'interaction tourbillons-onde acoustique." Le Havre, 2000. http://www.theses.fr/2000LEHA0002.
Abstract:
Le travail a pour objet l'étude numérique de l'interaction entre un écoulement et une onde acoustique dans l'eau. Lorsqu'une onde traverse une zone de verticité de l'écoulement, elle subit une diffusion. Il est alors possible en recueillant l'onde diffusée d'obtenir des renseignements intéressants sur les écoulement insonnes. Cette méthode a ainsi été utilisée expérimentalement comme un moyen de mesure non-intrusif d'écoulements tourbillonnaires ou turbulents. On développe dans un premier temps la théorie de l'interaction entre une onde et un écoulement. On se propose pour cela de résoudre le problème de Neumann associé par une méthode intégrale pour le calcul de la pression acoustique diffusée. On compare la méthode avec celle décrite dans les travaux de Lund et Rojas qui proposent une formule analytique liant linéairement la verticité et la pression diffusée dans l'espace de Fourier, dans le cadre de l'approximation de Born en champ lointain. Par comparaison avec les études expérimentales, on explique comment on peut retrouver les caractéristiques essentielles de l'écoulement dans le cas de l'allée de Von Karman, a l'aide d'une analogie avec les réseaux de diffraction optiques. On valide ensuite ces hypothèses avec le code de calcul développent, dans le cas d'une allée obtenue à l'aide d'un modelé analytique, ou à l'aide de codes de calcul d'écoulement fondes sur une méthode particulaire ou de volumes finis. La méthode d'analyse est ensuite appliquée au cas du tourbillon seul. On montre qu'on peut remonter à la mesure de ses caractéristiques principales : taille, intensité et vitesse. On étudie ensuite le cas du tourbillon marginal derrière un profil d'aile tridimensionnel et on s'intéresse enfin à un modèle analytique d'écoulement modélisant le sillage à l'arrière d'un sous-marin.
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De, Souza Fenella. "Etude expérimentale de l'interaction sillage/paroi dans une couche limite turbulente manipulée par un cylindre circulaire." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2388.
Abstract:
Une couche limite incompressible, turbulente et manipulee par un cylindre circulaire est etudiee principalement a l'aide de mesures par anemometrie a fils chauds. On espere ainsi elucider les mecanismes conduisant a la dissimilitude, entre les transferts de quantite de mouvement et de chaleur, qui se produit dans les zones proche et intermediaire du sillage du manipulateur, violant l'analogie de reynolds. Les bilans des equations de transport de l'energie cinetique et des tensions de reynolds turbulentes revelent que les deux types d'ecoulements impliques dans l'interaction sillage/couche limite imposent leur influence sur des processus d'energie distincts. Une difference notee entre les processus de production et de transport d'energie est reliee a la dissimilitude. Par la suite, l'organisation de grande echelle est etudiee. A partir de mesures par peignes de fils chauds, on effectue des pseudo-visualisations, une analyse spectrale ainsi qu'une analyse conditionnelle. Trois techniques conditionnelles sont mises en uvre: le calcul de moyennes conditionnelles base sur la detection wag (window average gradient), et deux techniques de filtrage du champ de vitesse instantane, basees respectivement sur la decomposition spectrale du signal, et sur la decomposition temps-frequence par l'analyse en ondelettes. Ces techniques montrent l'importance de la dominance des tourbillons de vorticite negative generes au dessus du cylindre. Ces derniers contribuent a la reduction du frottement parietal et a l'augmentation du transfert de chaleur, et sont ainsi trouves etre en grande partie responsables de la dissimilitude. En outre, la technique du filtrage spectral autorise une analyse du bilan d'energie cinetique en decomposition triple, qui permet de confirmer ces observations. Enfin, on developpe un modele simplifie du proche sillage du manipulateur par une serie de tourbillons potentiels, afin de valider et de completer les resultats experimentaux. Cette modelisation s'est averee prometteuse
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Leweke, Thomas. "Etude expérimentale et modélisation du sillage d'un tore à bas nombre de Reynolds." Aix-Marseille 1, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX11028.
Abstract:
Cette these est consacree a l'etude des allees de vortex dans le sillage d'obstacles toriques de grands rapports d'aspect pour des nombres de reynolds entre 45 et 400. L'interet de la geometrie du tore reside dans l'absence d'effets de bord, qui peuvent fortement influencer le sillage derriere les obstacles cylindriques. Dans le regime periodique du sillage, l'etude experimentale en soufflerie montre l'existence de modes discrets de l'allee de vortex sous forme d'anneaux ou d'helices de vorticite. Les mesures de phase, d'amplitude et de frequence des fluctuations de vitesse, qui caracterisent ces modes, sont comparees aux previsions du modele dynamique de ginzburg-landau, qui a ainsi pu etre valide dans un grand intervalle du nombre de reynolds. Ce modele permet ensuite d'identifier de facon qualitative et quantitative deux instabilites secondaires de l'allee de vortex: 1) l'instabilite d'eckhaus des modes en helices pour des faibles nombres de reynolds qui a ete observee de facon precise pour la premiere fois dans cette etude; 2) l'instabilite de benjamin-feir pour tous les modes periodiques aux grands nombres de reynolds, precedant la transition a la turbulence classique dans le proche sillage. L'etude experimentale sur les tores et le modele de ginzburg-landau donnent un grand nombre de nouveaux renseignements sur les sillages en general, concernant leur dynamique et leur tridimensionnalite a faible nombre de reynolds et leur transition vers la turbulence
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Berenger, Thierry. "Contribution à l'étude expérimentale et numérique du sillage tourbillonnaire d'un rotor d'hélicoptère en vol d'avancement." Aix-Marseille 2, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX22092.
Abstract:
Ce memoire de these s'inscrit dans le cadre d'etudes concernant le champ aerodynamique developpe en aval d'un rotor d'helicoptere operant en configuration de vol d'avancement. Le champ d'investigation tres etendu a permis de caracteriser l'ecoulement genere autour et dans le sillage des pales en rotation. L'etude est realise suivant les deux approches experimentale et numerique. Sur le plan experimental, l'ecoulement autour des pales a pu etre analyse a partir des mesures: des performances globales, des champs de vitesses tangentielles autour de differentes sections de l'envergure de pale, des trajectoires tourbilonnaires et des champs de vitesse 3d en differents plans de coupe du sillage. L'ensemble de profils de vitesse acquis au voisinage de la pale par velocimetrie laser a grande distance focale, a notamment permis de quantifier et de caracteriser l'influence locale des lanieres tourbillonnaires emises par l'extremite de pale au cours de la rotation. L'analyse des champs 3d des vitesses instantanees dans le sillage a mis en evidence l'influence du passage des lanieres tourbillonnaires sur les differents plans de coupe consideres, conduisant a localiser et a caracteriser la trace des noyaux tourbillonnaires. Sur le plan numerique, plusieurs types de modification ont ete consideres pour ameliorer la prediction d'une methode de calcul existante et fonde sur la theorie tourbillonnaire (code metar). Ces modifications ont concerne, d'une part, le modele de convection du sillage, et d'autre part, le modele d'interaction pale/tourbillon. Les resultats du calcul ont pu etre confrontes aux resultats experimentaux, la comparaison a porte sur les lignes d'emissions marginales, les composantes du vecteur vitesse en differents plans de coupe du sillage et sur la variation de circulation le long de l'envergure de la pale. L'etude numerique du champ aerodynamique a conduit a proposer une modelisation du tourbillon marginal, en dimension et en intensite. Par la suite une modification plus profonde du code de calcul a ete realisee et a abouti a la mise en equilibre du sillage (partiel ou total)
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Bonnier, Marion. "Sillage d'une sphère en milieu linéairement stratifié : caractérisation des structures tourbillonaires." Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT023H.
Abstract:
Les fluides géophysiques sont souvent stratifiés [] ce qui a pour conséquence de rendre les écoulements fortement anisotropes. Ces milieux sont le siège de grands mouvements tourbillonnaires qualifiés de quasi-bidimensionnels []. Dans cette étude expérimentale, nous abordons la dynamique de ces mouvements turbulents sous l'effet stabilisant de la stratification ainsi que la dynamique des structures tourbillonnaires émergeant aux temps longs. [Celles-ci] sont générées expérimentalement dans le sillage d'une sphère dans un milieu linéairement stratifié en salinité. Le premier volet de ce travail consiste à étudier le sillage d'une sphère dans sa globalité, à l'aide de techniques de visualisation, de suivi des particules ou d'anémométrie film-chaud. Nous donnons une description du phénomène d'effondrement, c'est à dire de la transition entre la turbulence tridimensionnelles initiale et la turbulence quasi dimensionnelle du sillage lointain. Nous montrons [] que le sillage proche a un comportement identique au cas des sillages en milieu homogène et que les vitesses déficitaires sont beaucoup plus fortes dans le cas stratifié que dans le cas homogène. D'autre part, la période de l'effondrement se caractérise par une nette accélération de la vitesse moyenne déficitaire du sillage []. Nous montrons également que les taux de décroissance de plusieurs quantités sont indépendantes du régime considéré, laminaire ou turbulent []. Cependant, bien que la dynamique du sillage ne soit donc pas contrôlée par les conditions initiales, il existe un lien entre les structures tourbillonnaires du sillage proche et celles du sillage lointain, qui est mis en évidence à partir de la mesure du nombre de Strouhal []. Le second volet de cette étude consiste à étudier la structure interne en densité de tourbillons en milieu stratifié par des approches expérimentales et théoriques. Nous avons montré qu'après une période transitoire d'adaptation du fluide, les équilibres cyclostrophiques et hydrostatiques dans le centre du tourbillon ont pour conséquence un pincement des surfaces d'égale densité []. L'anomalie de densité est correctement représentée par un modèle analytique de tourbillon isolé basé sur un champ de vitesse gaussien. []. Ce caractère universel des tourbillons en milieu stratifié a pu être vérifié pour un dipôle et pour des tourbillons du sillage d'un cylindre vertical. [] Ainsi, cet exemple nous a permis d'étendre le cas des tourbillons monocouches []
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Cruz, Marquez Rolando. "Impact du chargement alaire sur les propriétés et la dynamique des tourbillons de sillage, une analyse en bassin hydrodynamique." Electronic Thesis or Diss., Centrale Lille Institut, 2023. http://www.theses.fr/2023CLIL0037.
Abstract:
L’impact des modifications dans la géométrie d’une aile sur ladynamique des tourbillons marginaux est étudié à l’aide d’expériences en bassin hydrody-namique. L’objectif est de comprendre si la dangerosité des tourbillons marginaux peut êtreréduite grâce à une conception intelligente des ailes. L’aile de référence est rectangulaire,l’effet des variations de la charge alaire est ensuite examiné, notamment à travers les casd’une configuration hypersustentée, des perturbations du bord de fuite et des ailes générantplusieurs tourbillons. Des mesures Stereo PIV suivent le développement du sillage tour-billonnaire depuis la phase de formation jusqu’à 300 envergures en aval. Le nombre deReynolds moyen basé sur la corde est de Rec = 105.Les propriétés des tourbillons sont analysées pour en dégager une interprétation physique.Les modifications du bord de fuite entraînent des tourbillons marginaux élargis tout enmaintenant une circulation constante. Les configurations hypersustentées, générant despaires de tourbillons co-rotatifs, présentent un phénomène de fusion puis un effet diffusifsur le coeur du tourbillon fusionné par rapport à la configuration de référence. Ici, uneaugmentation de la circulation de jusqu’à 20% est observée en raison de la proximité destourbillons. En revanche, les configurations avec des tourbillons contra-rotatifs montrent unprocessus de diffusion visqueuse, réduisant la circulation du tourbillon marginal.Dans l’ensemble, ce travail démontre que la charge alaire a un impact significatif sur laposition spécifique, la force et la taille des tourbillons dans le sillageThe impact that span-wise shape modifications on a wing haveon the dynamics of trailing vortices is studied using towing tank experiments. The focusis on understanding if wake hazard can be reduced through intelligent wing design. Thebaseline wing is rectangular, variations in wing-loading configurations are then examined,including high-lift loading, trailing edge disturbances and wings that generate multiple vor-tices. Stereo PIV measurements track vortex wake development from the roll-up stage up to300 spans downstream. The mean chord-based Reynolds number is Rec = 105.The essential properties of the vortices are presented and analyzed to provide physicalmeaning. Trailing edge shape modifications result in enlarged trailing vortices with con-sistent circulation. High-lift wing-load configurations, generating co-rotating vortex pairs,show a fusion phenomenon and a subsequent diffusive effect on the fused vortex core com-pared to the baseline. An increase in circulation,up to 20%, is observed due to closer vortexproximity. Conversely, configurations with counter-rotating vortices exhibit a viscous diffu-sion process, reducing the circulation of the wing-tip vortex.Overall, the present work shows that wing loading has an important impact on the spe-cific position, strength and size of vortices in the wake
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Santa, Cruz Bustamante Alina. "Contrôle par plaque séparatrice du proche sillage à l'aval d'un cylindre semi-circulaire." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2293.
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Brunet, Stéphane. "Etude numérique et expérimentale du mélange des jets de moteurs dans les tourbillons de sillage d'un avion de ligne." Aix-Marseille 1, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX11048.
Abstract:
Cette etude est une contribution a la comprehension de la formation et de la persistance des trainees de condensation. Nous avons aborde ce travail a partir de la mise en uvre et du developpement d'un code numerique base sur la resolution directe des equations des navier-stokes compressibles tridimensionnelles. Nous avons egalement mene une experience en soufflerie sur le probleme du melange de jets chauffes dans un sillage d'aile. Une premiere validation de la methode numerique a ete menee a partir de resultats bibliographiques et de mesures en vol sur l'evolution du melange d'un traceur inerte contenu dans les jets de moteur. Afin de caracteriser, en premiere approximation, la condensation dans le sillage, nous avons calculer l'evolution du rapport de saturation locale en vapeur d'eau. Nous montrons egalement l'influence de l'instabilite de crow sur le melange des effluents dans la haute atmosphere. Enfin nous presentons une comparaison des resultats d'une simulation numerique avec les mesures experimentales obtenues dans cette etude. Les resultats numeriques ont permis egalement de caracteriser les mecanismes d'echange a petites echelles entre un jet turbulent et un ecoulement tourbillonnaire.
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Jaouani, Nassim. "Modelling of installation effects on the tonal noise radiated by counter-rotating open rotors." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC002.
Abstract:
The Counter-Rotating Open Rotors (CROR) are identified as a possible alternative to turbofan engines for middle-range aircrafts. Providing significant fuel savings and reducing the green-house gas emissions, they may lead however to an increased noise radiation due to the absence of nacelle shielding. To properly predict the acoustic radiation of such systems is then mandatory both to reduce the source mechanisms of the isolated engine and to offer an optimal noise installation solution. Such an objective is tackled in the present thesis in two steps. In a first part, the research aims at predicting the tonal noise radiated from the first propeller of CROR mounted on the rear fuselage by means of a pylon (pusher configuration), considering both the pylon-wake and the uniform ow effects. From the Ffowcs Williams & Hawkings' formalism, three noise sources are identified. First the unsteady loading is computed using a similar procedure to the one used for the rotor-rotor wake interaction noise prediction. The velocity deficit in the pylon wake is locally expanded in two-dimensional Fourier gusts in a reference frame attached to the front rotor. The unsteady lift induced by each gust on a blade segment is calculated using a linearized analytical response function that accounts for a realistic geometry. The steady loading is the second source contribution and is evaluated using both a software based on the lifting-line theory and some numerical simulations for different reference source surfaces. Finally the thickness noise due to the blade volume displacement is included in the analysis using Isom's formulation. From the linear acoustic assumptions, all these sources modelled as equivalent acoustic dipoles rotating in a uniformly moving atmosphere are then summed to calculate the far-field noise. The whole methodology is assessed against wind-tunnel test data and reference software predictions. A parametric study considering several pylon positionings and pylon-wake configurations with blowing is performed in order to emphasize the relative contribution of the three noise sources. Secondly, the rotor- rotor wake interaction noise being recognized as the most significant contribution in isolated configuration, its modelling is completed by introducing the dynamics of the vortex occurring near the rear-rotor leading edge. A semi-analytical methodology is developed to determine a vortex attached over a at plate embedded in a uniform ow with incidence. Applied to the case of a rear blade going through a front-rotor wake, it provides a first estimate of the noise contribution of the vortexLes hélices contrarotatives constituent une alternative possible aux turboréacteurs pour les avions moyens- courriers. Réduisant significativement la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre, ils peuvent néanmoins conduire à un rayonnement sonore accru de par l'absence de carénage. Prédire correctement le rayonnement sonore de telles motorisations est donc indispensable pour réduire les mécanismes sources propres au moteur isolé ou assurer une solution d'installation acoustique optimale. Un tel objectif est abordé dans cette thèse en deux temps. Dans un premier temps, l’étude vise à prédire le bruit tonal rayonné par la première hélice d'un moteur monté à l'arrière du fuselage (configuration dite en pousseur), en considérant les effets du sillage du pylône supportant le moteur et de l'écoulement moyen. Partant du formalisme de Ffowcs Williams & Hawkings, trois sources sonores sont identifiées à cet effet. La charge instationnaire, tout d'abord, est calculée en s'appuyant sur une méthodologie similaire à celle utilisée pour la prédiction du bruit d'interaction de sillages entre les deux rotors. Le déficit de vitesse dans le sillage du mât est décomposé localement en rafales bidimensionnelles dans un repère attaché au rotor amont. La portance instationnaire induite par chaque rafale sur un segment de pale est calculée en utilisant une fonction de réponse analytique linéarisée considérant une géométrie réaliste. Deuxième contribution, la charge stationnaire est évaluée au moyen d'un logiciel s'appuyant sur la théorie de la ligne portante mais également via des simulations numériques pour différentes surfaces sources de référence. Enfin, le bruit d'épaisseur associé au déplacement du volume de la pale est inclus dans l'analyse à partir de la formulation d'Isom. D'après les hypothèses de l'acoustique linéaire, toutes ces sources modélisées comme des dipôles acoustiques tournant dans une atmosphère uniforme en mouvement sont ensuite sommées pour calculer le bruit en champ lointain. L'ensemble de la méthodologie est comparé à des données d'essai et des prédictions d'un logiciel de référence. Une étude paramétrique considérant plusieurs positionnements du pylône et des configurations avec soufflage est effectuée afin de bien mettre en évidence les contributions relatives des trois sources sonores. Dans un deuxième temps, le bruit d'interaction de sillages étant reconnu comme la contribution majoritaire en configuration isolée, sa modélisation est complétée en introduisant la dynamique du tourbillon se développant au voisinage du bord d'attaque du rotor aval. Une méthodologie semi-analytique est développée pour déterminer un tourbillon attaché au-dessus d'une plaque plane plongée dans un écoulement uniforme avec incidence. Appliquée au cas d'une pale aval traversant le sillage du rotor amont, elle fournit une première estimation de la contribution sonore du tourbillon
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Hallermeyer, Alexandre. "Traitement du Signal d’un LIDAR Doppler scannant dédié à la surveillance aéroportuaire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC007/document.
Abstract:
Un algorithme permettant d’estimer précisément les paramètres des tourbillons de sillage (positions et circulations) en utilisant les données spectrales fournies par un LIDAR a été développé. Il s’articule en 3 grandes étapes : La première permet de détecter la présence de tourbillon et d’en faire une localisation grossière grâce à la méthode des enveloppes de vitesses. La seconde étape a pour but d’affiner l’estimation des positions des tourbillons en utilisant une optimisation du critère des moindres carrés. Cette étape permet également de faire une première estimation de la circulation des tourbillons. La troisième et dernière étape se concentre sur l’estimation des circulations des tourbillons en maximisant le critère de vraisemblance. Les estimations sont de plus en plus fines et se concentrent au fur et à mesure sur les paramètres les plus critiques. La mise au point de cet algorithme a nécessité d’utiliser plusieurs modèles (LIDAR, tourbillons de sillage, atmosphère) et de formuler un certain nombre d’hypothèses et approximations simplificatrices afin d’atteindre un coût calculatoire raisonnable. L’algorithme proposé a ensuite fait l’objet d’une évaluation de performances, l’intérêt étant porté sur la robustesse par rapport aux différents bruits altérant la mesure, en particulier celui lié à la turbulence atmosphérique et par rapport aux erreurs de modèle. Cette évaluation a été menée à la fois sur des données simulées à l’aide de modèles paramétriques simplifiés, et sur des données de simulations aux grandes échelles.Les paramètres instrumentaux du LIDAR constituent de potentiels degrés de liberté pour améliorer les performances de l’estimateur, en particulier pour les grandeurs les plus critiques, c’est-à-dire les valeurs de circulation. Le calcul des performances de l’estimateur nécessitant un coût de calcul non négligeable, il se prête mal à des fins d’optimisation. C’est pourquoi une étude de l’influence des paramètres du LIDAR sur la Borne de Cramér-Rao (BCR) a été menée. Cette étude a permis de mieux comprendre l’influence des paramètres instrumentaux et d’aboutir à une configuration optimale pour la BCRAn algorithm was developed to estimate precisely wake vortices parameters (positions and circulations) using spectral data provided by a LIDAR. It is articulated in 3 main stages: The first one allows to detect the presence of vortices and to make a rough localization thanks to the method of the velocity envelopes. The second step is to refine the estimation of vortex positions using an optimization of the least squares criterion. This step also permits to make an first estimation of the vortices circulation. The third and final step focuses on estimating vortex circulations by maximizing the likelihood criterion. Estimates are becoming finer and more focused on the most critical parameters. The development of this algorithm required the use of several models (LIDAR, wake vortices, atmosphere) and to formulate a number of simplifying assumptions in order to reach a reasonable computational cost. The proposed algorithm was then subjected to a performance evaluation, the interest being focused on the robustness with respect to the different noises altering the measurement, particularly the one related to the atmospheric turbulence, and with respect to the model errors. This evaluation was carried out both on simulated data using simplified parametric models, and on Large Eddy Simulations.The instrumental parameters of LIDAR are potential degrees of freedom to improve the performance of the estimator, in particular for the most critical quantities, that is to say the circulation values. The calculation of the performance of the estimator requiring a significant computational cost, it lends itself poorly for optimization purposes. This is why a study of the influence of the LIDAR parameters on the Cramér-Rao Bound (CRB) was carried out. This study allowed to understand the influence of the instrumental parameters and to reach an optimal configuration for the CRB
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Moldoveanu, Cristian-Emil. "Simulation aux Grandes Échelles de tourbillons longitudinaux soumis à une turbulence extérieure intense." Toulouse, INPT, 2007. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000696/.
Abstract:
Le but de cette thèse est d'étudier le comportement des tourbillons sous l'influence d'une turbulence extérieure. Les travaux portent tout d'abord sur les aspects concernant les tourbillons qui constitutent le sillage des avions. La validation des méthodes numériques utilisées est réalisée par comparaison entre les résultats théoriques et les résultats obtenus par simulation numérique d'un tourbillon solitaire. On a étudié le comportement d'un écoulement perturbé à l'intérieur ou à l'extérieur d'un tourbillon solitaire. L'étude de l'effet de la turbulence extérieure sur une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs a mis en évidence la compétition entre l'instabilité elliptique et l'instabilité de Crow des tourbillons. Par l'étude des interactions d'une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs au voisinage d'une paroi, on a mis en évidence le mécanisme de génération d'une couche de vorticité et le décollement des tourbillons au voisinage d'une paroiThe aim of this thesis is to study the behavior of the vortices under the influence of an external turbulence. We present the main mechanisms of instability, which is the basis of the counter-rotating vortices longitudinal decay. For the simulations we have selected the software JADIM developed by IMFT, adapted for Large Eddy Simulation of the turbulent flows. The validation of the numerical methods and of the software used, is made by comparing the theoretical and the numerical results of a single longitudinal vortex flow, in absence of external disturbances. We studied the behavior of a perturbed flow to the interior or to the exterior of a vortex. The study of the effect of the external turbulence on a counter-rotating longitudinal vortices pair highlighted the competition between elliptical and Crow instability. The simulation of the vortices pair in ground effect highlighted the generation mechanism of a vorticity layer and the generation of the secondary vortices
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Michaux-Leblond, Nathalie. "Étude du comportement dynamique du sillage à l'aval d'un cylindre chauffé en régime mixte." Le Havre, 1994. http://www.theses.fr/1994LEHA0006.
Abstract:
Cette étude porte sur la modification du sillage proche d'un cylindre sous l'influence de la température et ses conséquences sur la génération ou annulation du processus tourbillonnaire. Le dispositif expérimental se compose d'un tunnel hydrodynamique a veine verticale dans lequel un cylindre de faible rapport d'aspect, chauffe électriquement et borde a ses extrémités par les parois de la veine d'essais est place perpendiculairement à un écoulement d'eau ascensionnel. Les champs de vitesse et de température réalises respectivement par vélocimétrie a effet doppler laser et par thermocouples ont permis de préciser les configurations de la convection forcée et naturelle par rapport à une puissance de chauffage critique du cylindre, au même titre que leurs actions sur les phénomènes d'initialisation du sillage avec d'une part prédominance de la viscosité et d'autre part prédominance de la gravité.
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Rehimi, Férid. "Caractérisation expérimentale des structures tourbillonnaires derrière un cylindre en milieu confiné par la PIV et la polarographie." Nantes, 2006. http://www.theses.fr/2006NANT2023.
Abstract:
Le travail porte essentiellement sur l'étude du sillage d'un cylindre en milieu confiné. Deux techniques de mesures expérimentales ont été utilisées pour l'investigation du sillage derrière le cylindre : la PIV (Vélocimétrie par Images de Particules) et la méthode polarographique avec des sondes circulaires implantées sur une des deux parois du canal en aval de l'obstacle. Parallèlement à ce travail, on a développé un code de calcul pour l'inversion de l'équation de convection-diffusion, qui est basé sur l'algorithme séquentiel de Beck, pour déterminer le gradient pariétal de vitesse à partir des mesures de courant limite de diffusion délivré par les sondes. Sa validation a été préalablement effectuée par des mesures dans un rhéomètre cône/plan. Par la suite, on a étudié l'écoulement derrière le cylindre en effectuant des mesures synchronisées de PIV et de polarographie. Les mesures de PIV ont servi à caractériser les différents régimes d'écoulement, et à montrer les différences essentielles entre ce cas du sillage confiné (pour un taux de blocage de 1/3) et le cas du sillage non confiné. Ensuite, on a étudié la dynamique des structures tourbillonnaires lâchées par le cylindre. La décomposition des champs instantanés de vitesse obtenus par PIV en modes orthogonaux propres (POD) a permis de suivre leur répartition énergétique pour la gamme des nombres res de Reynolds étudiée ( 50 ≤ Re ≤ 300 ). Cette décomposition a permis de faire un filtrage inhomogène et de reconstituer des champs filtrés résolus dans le temps. Finalement, une comparaison entre les résultats de PIV et d'électrochimie a été effectuéeThis work deals with the experimental characterization of the vortex shedding from a circular cylinder between parallel walls. Two experimental measurement techniques were used for the investigation of the wake downstream the cylinder : the PIV (Images Particles Velocimetry) and the polarographic method, with circular probes mounted flush on one of the two parallel walls of the channel downstream from the obstacle. In parallel to this work, one developed a computational code for the inversion of the convection-diffusion equation, which is based on the sequential Beck algorithm, in order to determine the wall shear stress from the limiting current delivered by the probes. Its validation was carried out beforehand by measurements in a cone-plate rheometer. Thereafter, one studied the vortex shedding behind the circular cylinder by synchronized measurements between PIV and polarography. Measurements of PIV were used to characterize the various flow regimes, and to show the main differences between this case of the confined wake (for a blockage ratio of 1/3) and the case of the non-confined wake. Then, one studied the dynamic of vortex structures downstream the cylinder. The decomposition of the instantaneous velocity fields obtained by PIV in Proper Orthogonal Modes (POD) made it possible to follow their energetic distribution for the studied range of Reynolds numbers ( 50 ≤ Re ≤ 300 ). With this decomposition, it is possible to make an inhomogeneous filtering and to reconstitute filtered fields solved in time. Finally, a comparison between the results of PIV and of electrochemistry was carried out
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Brajon-Socolescu, Laura. "Étude numérique de l'instabilité de Bénard - Von Karman derrière un cylindre chauffé." Le Havre, 1996. http://www.theses.fr/1996LEHA0005.
Abstract:
Cette étude numérique porte sur l'analyse de l'instabilité de Bénard - Von Karman, derrière un cylindre chauffe, place dans un écoulement d'eau ou d'air. Les simulations numériques ont été réalisées en utilisant un code de calcul en différences finies. Le code ressoude les équations de continuité, de navier-stokes en formulation vitesse-verticité et de la température, avec des conditions aux limites de type Dirichlet pour la verticité et la température. Les paramètres de contrôle (indépendants) du problème sont le nombre de Reynolds, de Grashof et de Prandtl. Une description détaillée du proche sillage a été donnée dans les cas chauffe ou non. La zone de recirculation en régime sous-critique se dissymétries en chauffant, une circulation autour du cylindre se créée, générant une force de Magnus thermique, force qui fait déplacer les points d'arrêt et de décollement. Les simulations en régime supercritique montrent que le concept de mode global est aussi conserve dans le cas non-isotherme. D'autre part, la stabilité du sillage est influencée par le comportement des propriétés physiques en fonction de la température et de la configuration géométrique considérée. Ainsi, les résultats contraires trouves dans l'eau et dans l'air mettent en évidence le rôle important que détient la viscosité sur la stabilité du sillage
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Michea, Bertrand. "Etude des sillages de rotors d'helicoptere en vol d'avancement et de leur influence sur les performances du rotor (interaction pale-tourbillon)." Paris 6, 1992. http://www.theses.fr/1992PA066255.
Abstract:
Une technique de modelisation est developpee afin de simuler un rotor d'helicoptere a basse vitesse et en vol de descente. Elle consiste a coupler un code potentiel complet 3d instationnaire avec un nouveau code derive d'une methode ligne portante avec segments tourbillonnaires. Ce nouveau code inclut la mise en equilibre du sillage, afin de pouvoir rendre compte des interactions pale-tourbillon. La partie du sillage interagissant avec la pale est isolee et introduite dans le code 3d par une approche surface portante. La methode est validee avec des essais en vol du sa 349 gazelle et des essais en soufflerie du rotor americain ols
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Jugier, Rémi. "Stabilité bidimensionnelle de modèles de sillage d’aéronefs." Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0021/document.
Abstract:
Le contrôle des tourbillons de sillages d'aéronefs permet de réduire leur dangerosité et d'augmenter par conséquent le débit de décollages et d'atterrissages dans les aéroports. Ce contrôle permettrait également d'agir sur la formation des rainées de condensation et des cirrus artificiels en haute atmosphère dans le but de réduire le forçage radiatif terrestre causé par l'aviation. Brion (2014) ont montré par analyse de stabilité modale que le dipôle de Lamb-Chaplygin, souvent utilisé comme un modèle représentatif des tourbillons de sillage en champ lointain, est bidimensionnellement instable à des nombres de Reynolds faibles. Nous étendons premièrement cette analyse de stabilité modale bidimensionnelle à des modèles de dipôles plus réalistes, pour une large gamme de rapport d'aspect, et obtenons, à faibles nombre de Reynolds, des instabilités de même nature (modes de déplacement) que pour le dipôle de Lamb-Chaplygin. Nous montrons cependant que la croissance des instabilités observées dépend fortement du rapport d'aspect du dipôle, et que cette croissance est fortement diminuée lorsque la diffusion du dipôle est prise en compte. Nous étudions ensuite la stabilité bidimensionnelle transitoire en champ lointain (dipôles) et en champ proche (nappes de vorticité), en atmosphères homogène et stratifiée. Dans tous les cas, les perturbations optimales sont des spirales de vorticité orientées à contre-cisaillement et situées en périphérie des tourbillons, qui conduisent in fine aux instabilités écrites par l'analyse modale grâce à un mécanisme de contamination du cœur des tourbillons, initialement identifié par Antkowiak & Brancher 2004 sur un tourbillon isoléAircraft wake vortex control allows for reducing of their dangerousness and consequently improve airport take-off / landing requencies. Contrails and artificial cirrus clouds formation could also be influenced through this control of wake vortices and allow for reducing of terrestrial radiative forcing generated by aviation. Brion (2014) have shown by a modal stability analysis that the Lamb-Chaplygin dipole, often used as a far-field model for aircraft wake vortices, is unstable to two-dimensional perturbations at Iow Reynolds numbers. We first extend this twodimensional modal stability analysis to more realistic dipole models, for a Wide range of aspect ratios, and obtain, for Iow Reynolds numbers, instabilities of the same nature (displacement modes) as for the Lamb-Chaplygin dipole. However, we show that the growth of those modes depends greatly on the dipole aspect ratio, and that this growth is greatly diminished hen the dipole diffusion is taken into account. We then study two-dimensional transient growth for far-field models (dipoles) and near-field models (vorticity sheets), in homogeneous and stratified atmospheres. ln all cases, optimal perturbations are vorticity spirals oriented against shear and located at the periphery of the vortices, which eventually lead to development of the instabilities described in the modal analysis through a contamination mechanism of the vortex cores, initially identified by Antkowiak & Brancher (2004) for an isolated vortex
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Hoinville, Eric. "Etude du sillage de rotors d'hélicoptère en configuration de Vortex Ring." Phd thesis, Orléans, 2007. http://www.theses.fr/2007ORLE2070.
Abstract:
Les études sur le Vortex Ring State ont récemment reçu un regain d'intérêt suite à la mise en place de trajectoires d'approche à forte pente pour les atterrissages en ville qui conduisent à des conditions de vol proches des frontières du VRS. Dans les années antérieures, les aspects numériques ont été étudiés grâce à des méthodes empiriques ou des modèles analytiques, et des expériences ont été effectuées dans le but de mieux comprendre la physique du phénomène. Dans cette étude, le code CFD elsA a été utilisé dans le but de résoudre les équations d'Euler. Un balayage en vitesse de descente verticale avec différents maillages a été réalisé afin d'étudier la capacité du solveur à capturer le Vortex Ring State. Dans un premier temps, la précision de la représentation de l'écoulement a été évalué en fonction d'hypothèses numériques (stratégies et précision des maillages, consistance en temps des simulations,. . . ) et physiques (périodicité de l'écoulement, cinématique du rotor,. . . ). Ceci permet d'extraire les options pour effectuer, dans un second temps, des simulations les plus représentatives possible de l'état de VRS afin d'étudier et de pouvoir décrire les mécanismes d'apparition et d'évolution de ce phénomène.
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Bouchet, Jean-Paul. "Etude de l'influence d'un jet pariétal sur les mécanismes de déposition en paroi de culot ; application à l'encrassement des véhicules automobiles." Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2319.
Abstract:
L'encrassement de l'arriere des vehicules, en particulier pour les breaks ou les monospaces, est aujourd'hui un probleme bien identifie. Resultant de l'action conjuguee du champ aerodynamique du vehicule en marche, de la pluie ou de la neige et de la presence de traceurs ou d'aerosols sales, l'encrassement se materialise par le depot d'une pellicule plus ou moins opaque sur la vitre du hayon arriere et l'occultation relative des feux arriere de signalisation. Le travail presente ici tente de resoudre ce probleme par la mise au point d'un dispositif actif protegeant les feux arriere. La demarche se decompose en deux approches complementaires et propose d'etudier le concept d'un soufflage local controlant les phenomenes de deposition. Une premiere approche, sur une forme geometriquement simple (cylindre circulaire a arriere tronque), caracterise l'influence d'un jet parietal sur les mecanismes de deposition en paroi de culot. L'etude experimentale (bidimensionnelle) est realisee en soufflerie et est completee par une approche numerique. Un code de calcul standard est teste afin de qualifier sa validite et ses possibilites d'utilisation pour le developpement de tels dispositifs. Cette premiere approche permet d'etendre l'utilisation du concept de soufflage a la resolution du probleme d'encrassement sur de multiples surfaces. La seconde approche est orientee vers l'application directe. La reproduction du phenomene d'encrassement en soufflerie sur vehicule a l'echelle 1/1 permet d'etudier et d'evaluer l'efficacite d'un dispositif actif protegeant les feux arriere de vehicule break. Le succes des campagnes d'essais fait que le concept devient un systeme operationnel (prise de brevet en cours) et que son application par un equipementier (ou un constructeur) est envisagee.
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Perrin, Rodolphe Braza Marianna. "Analyse physique et modélisation d'écoulements incompressibles instationnaires turbulents autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000120.
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Hamma, Laurence. "Etude de la diffusion de la chaleur en aval d'un cylindre chauffé à faible nombre de Reynolds (40." Rouen, 1988. http://www.theses.fr/1988ROUES031.
Abstract:
Etude expérimentale. On utilise le chauffage du cylindre pour modifier les propriétés du fluide et contrôler ainsi le phénomène tourbillonnaire. Analyse du champ thermique. La température effective contrôlant le développement de la double allée de Von Karman est très inférieure à la température de film. Etude du couplage entre un écoulement amont turbulent et le sillage en aval du cylindre
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Jermann, Cyril. "Eclatement tourbillonnaire dans le sillage turbulent d'un véhicule générique." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4340/document.
Abstract:
La thèse est une contribution à l’étude des tourbillons longitudinaux qui se développent sur la lunette arrière des véhicules automobiles, dans l’idée de provoquer leur éclatement afin de réduire la traînée aérodynamique. On conçoit tout d’abord un système d’acquisition dénommé A-SPIV, permettant de reconstruire le champ moyen de vitesse 3D d’un sillage turbulent à partir de plans stéréo-PIV acquis par translation du système caméras-laser, sans qu’il soit nécessaire de le recalibrer. En complément, on propose une méthode de reconstruction de la pression moyenne reposant sur les données A-SPIV et sur une mesure de la pression pariétale. L’ensemble forme un nouveau protocole expérimental, validé dans le sillage d’un corps d’Ahmed 25° et dont les résultats à haut Reynolds sont comparés à la littérature existante. L'analyse topologique des tourbillons longitudinaux suggère l’existence d’un éclatement tourbillonnaire spontané dans le sillage proche, malgré l’absence de point de stagnation. On démontre formellement l’existence de cet éclatement par deux critères théoriques qui considèrent ce phénomène, soit comme la conséquence d’une réorganisation de la vorticité, soit comme la résultante d’une accumulation, en un point critique, d’ondes inertielles se propageant le long du tourbillon. Les analyses sous-jacentes sont menées dans un repère cylindrique attaché à l’axe tourbillonnaire et prédisent une même position d’éclatement, en bon accord avec la position singulière issue des mesures A-SPIV. La thèse se conclut par une analyse de stabilité globale de l'écoulement moyen qui suggère un lien possible entre l’éclatement et une instabilité globale de l’écoulement tourbillonnaireThis thesis is a contribution to the study of the longitudinal vortices developing in the near wake of ground vehicles, with the general purpose of reducing the aerodynamic drag by triggering the vortex breakdown phenomenon. We present a new data acquisition system called A-SPIV, allowing to reconstruct a 3D turbulent time-averaged velocity field from stereo-PIV planes measured by translation of the whole cameras-laser system, with no need to recalibrate. We also propose a method to reconstruct the mean pressure in the bulk from the A-SPIV data and from a dedicated wall static pressure measurement. This new overall experimental protocol is applied to a standard aerodynamic test-case, the 25° Ahmed body, all results being compared and validated at high turbulent Reynolds number against existing data from the literature. A thorough analysis of the longitudinal vortices suggests the occurrence of a spontaneous vortex breakdown in the near-wake, although there exist no stagnation point in the experimental data. Such vortex breakdown is therefore evidenced using two different theoretical criteria considering the phenomenon as the consequence of either a reorganization of the vorticity, or an accumulation of inertial waves propagating along the vortex core. The underlying analyses are carried out in a cylindrical system attached to the vortex axis and predict a single breakdown position, in good agreement with the singular position initially inferred from the A-SPIV data. The thesis ends with a global stability analysis of the turbulent mean flow suggesting a possible connection between the occurrence of vortex breakdown and a global instability of the longitudinal vortex
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Johnson, Holly. "Nonlinear dynamics of wake vortices." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX101/document.
Abstract:
Les tourbillons de sillage d’avion sont sources de problèmes économiques, environnementaux et de sécurité, et par conséquent ont fait l’objet de très nombreuses recherches depuis plusieurs dizaines d’années. Le sillage est composé d’une paire de tourbillons contrarotatifs qui perdurent longtemps après le passage de l’avion. Dans cette thèse la dynamique non linéaire de ces tourbillons desillage est examinée par Simulation Numérique Directe. L’objectif est d’étudier les comportements non linéaires des tourbillons de sillage et d’évaluer le potentiel de destruction anticipée des tourbillons par la perturbation optimale. Dans un premier temps, le potentiel destructeur de la perturbation optimale linéaire est estimé en l’appliquant aux tourbillons avec une amplitude initiale croissante et en observant la réponse non linéaire de l’écoulement. Une amplitude raisonnable suffit pour que la perturbation optimale linéaire réduise de moitié la durée de vie des tourbillons en accélérant une perte de cohérence des structures après l’étape de reconnexion. Par la suite, l’outil d’optimisation non linéaire développé au cours de la thèse est validé par la reproduction de résultats existants concernant un écoulement simple: un toubillon 2D isolé. De nouveaux résultats d’optimisation non linéaire sont obtenus et analysés. En particulier, la perturbation optimale non linéaire 2D d’un tourbillon isolé peut générer une croissance transitoire bien plus élevée que la perturbation optimale linéaire. Dans certains cas la perturbation optimale non linéaire provoque une transition vers un état non axisymétrique quasi-stationnaire,contournant ainsi le processus naturel d’axisymétrisation. De plus, l’effet de la distribution de vorticité dans le coeur du tourbillon sur les perturbations optimales est étudié. Les tourbillons ayant un profil plus raide que les tourbillons Gaussiens subissent une croissance transitoire linéaire plus élevée mais une croissance non linéaire plus faible. Enfin, l’analyse de perturbation optimale non linéaire est étendue aux perturbations 3D. Bien que les perturbations optimales non linéaires 3D produisent moins d’amplification, des transitions vers des états énergétiques et persistants sont observéesAircraft wakes have been the subject of extensive research for several decades as it poses economic, safety and environmental issues. The wake is composed of powerful counter-rotating vortices that persist long after the aircraft has passed. In this thesis, the nonlinear dynamics of aircraft wake vortices is investigated through Direct Numerical Simulation. The aim is to explore the nonlinear effects on wake vortex behaviour and evaluate the potential for the anticipated destruction of the vortices through optimal perturbation. First the disruptive potential of the linear optimal perturbation of the flow is evaluated by applying it with increasing initial amplitude and observing the nonlinear response of the flow. With sufficient yet reasonable initial amplitude the linear optimal perturbation halves the life-span of the vortex pair by accelerating the loss of coherence of the vortices after the linking phase. Next the nonlinear gradient-based optimisation tool that was developed during the thesis is validated by reproducing existing results concerning a simple vortical flow: an isolated two-dimensional vortex. In doing so new nonlinear optimisation results are obtained and analysed. In particular it is shown that the 2D nonlinear optimal perturbation of an isolated vortex can induce considerably greater transient growth than the linear optimal. In some cases the nonlinear optimal causes a transition to a quasisteady asymmetric state, bypassing the natural axisymmetrisation process. The effect of the vortex vorticity profile on the optimal perturbations is also studied. Vortices with sharper profiles experiencefar greater linear perturbation growth, however the nonlinear growth is significantly inferior. Finally the nonlinear optimal perturbation analysis of the isolated vortex is extended to three dimensions. Although the 3D nonlinear optimals produce less growth than their linear counterparts, they can lead to quasi-permanent high energy states
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Parezanovic, Vladimir. "Experimental study of the sensitivity of global properties of turbulent bluff body wakes using steady disturbance methods." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://theses.hal.science/index.php?halsid=uofsba7dj5fa0catc3i9mh00v0&view_this_doc=tel-00670537&version=1.
Abstract:
La sensibilité des propriétés globales d'un sillage turbulent derrière un cylindre en forme de "D" est étudiée expérimentalement. Un petit cylindre de contrôle (de forme et de diamètre variable) est inséré dans le sillage pour créer une perturbation locale. Un ensemble de mesures basé sur de l'anémométrie à fil chaud et vélocimétrie par images de particules est mis en oeuvre pour obtenir des informations locales et globales du sillage turbulent. Les forces aérodynamiques agissant sur le cylindre principal sont dérivées de mesures de pression autour de son périmètre. Les résultats sont présentés sous la forme de cartes de sensibilité du nombre de Strouhal et la pression de base. La sensibilité des propriétés globales est interprétée par la capacité de la perturbation locale à changer la taille de la région de formation de l'allée de Kármán en agissant principalement sur les propriétés turbulentes de la couche de mélange perturbée. Les mécanismes physiques correspondants sont discutés pour interpréter les origines de réduction de traînée et la modification de fréquence globale. L'impact de la perturbation sur les propriétés 3D du sillage est examiné par corrélation de vitesse à deux points et visualisation. Les configurations bi-stable de l'écoulement pour certaines positions du cylindre de contrôle sont étudiéesThe sensitivity of the global properties of a turbulent wake behind a D-shaped bluff cylinder is investigated experimentally by introducing a much smaller control cylinder of various shapes and diameters as a local disturbance. Hot-wire anemometry and particle image velocimetry are used to obtain local and global measurements of the turbulent wake. Aerodynamic forces acting on the main cylinder are derived from pressure measurements around its perimeter. The results are presented in the form of sensitivity maps of the Strouhal number and base pressure. The sensitivity of global properties is interpreted on the basis of the ability of the control cylinder to change the size of the formation region of the Kármán vortex street mainly through the turbulent properties modification of the perturbed detached shear layer. The corresponding physical mechanisms are discussed with regard to the origins of drag reduction and global frequency modification. The impact of the perturbation on the 3D properties of the wake is investigated through two-point velocity correlation and wake visualization. Bi-stable flow configurations for some positions of the control cylinder are examined
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Merle, Axel Legendre Dominique. "Intéraction d'une bulle sphérique avec un écoulement turbulent ou tourbillonnaire." Toulouse : INP Toulouse, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000088.
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Laurent, Jacques. "Contribution a l'etude des ecoulements tridimensionnels decolles a grand nombre de reynolds." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066348.
Abstract:
Etude experimentale de la structure des sillages d'arriere-corps. Mesures de pression, de perte d'energie, de vitesse et de tourbillons. On montre que le terme de trainee induite au sens de prandtl comporte une part de trainee tourbillonnaire ainsi qu'une part de trainee due aux pertes de pression d'arret dans le sillage
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Gosse, Kevin. "Etude expérimentale de la dispersion d'un scalaire passif dans le proche sillage d'un corps d'Ahmed." Phd thesis, Université de Rouen, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012128.
Abstract:
Ce travail expérimental concerne la diffusion de la chaleur en aval d'une source ponctuelle placée au culot d'un corps d'Ahmed. Trois géométries particulières ont été étudiées avec des angles d'inclinaison de la lunette arrière a=05°, 25° et 40°. Ces études ont été menées dans l'air et dans l'eau à différents nombres de Reynolds. L'anémométrie Doppler Laser (ADL) et à fil chaud et la thermométrie à fil froid ont été utilisées pour mesurer les champs de vitesse et de température dans une zone correspondant au proche sillage ( ).Les caractéristiques des champs de vitesse mesurées pour les trois angles d'inclinaison a ont montré que le champ dynamique dans le sillage proche dépend très fortement de cet angle lorsque le nombre de Reynolds augmente. Ces mesures ont mis en évidence pour a=25° l'existence d'une transition 2D-3D à un nombre de Reynolds ReLc=2,7.104. L'étude des champs thermiques a mis en évidence une complexité importante liée à la fois au caractère complexe du champ dynamique et à l'injection décentrée. Nous avons décrit les différents scénarios de transport et de mélange du scalaire en fonction de l'angle a de la lunette arrière. Le problème du mélange a été abordé en étudiant successivement les variations de l'écart de la température moyenne maximale, de l'intensité maximale des fluctuations de température et du taux de dissipation de ces fluctuations. Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de déterminer le temps de mélange et d'estimer les ordres de grandeur des concentrations de polluants émises reçues par des récepteurs particuliers (piéton au bord d'une route lors du passage d'un véhicule automobile ou automobiliste dans le sillage d'une voiture).
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Gosse, Kévin. "Etude expérimentale de la dispersion d'un scalaire passif dans le proche sillage d'un corps d'Ahmed." Rouen, 2005. http://www.theses.fr/2005ROUES044.
Abstract:
Ce travail expérimental concerne la diffusion de la chaleur en aval d'une source ponctuelle placée au culot d'un corps d'Ahmed. Trois géométries particulières ont été étudiées avec des angles d'inclinaison de la lunette arrière "=05°, 25° et 40°. Ces études ont été menées dans l'air et dans l'eau à différents nombres de Reynolds. L'anémométrie Doppler Laser (ADL) et à fil chaud et la thermométrie à fil froid ont été utilisées pour mesurer les champs de vitesse et de température dans une zone correspondant au proche sillage ( ). Les caractéristiques des champs de vitesse mesurées pour les trois angles d'inclinaison " ont montré que le champ dynamique dans le sillage proche dépend très fortement de cet angle lorsque le nombre de Reynolds augmente. Ces mesures ont mis en évidence pour "=25° l'existence d'une transition 2D-3D à un nombre de Reynolds ReLc=2,7. 104. L'étude des champs thermiques a mis en évidence une complexité importante liée à la fois au caractère complexe du champ dynamique et à l'injection décentrée. Nous avons décrit les différents scénarios de transport et de mélange du scalaire en fonction de l'angle " de la lunette arrière. Le problème du mélange a été abordé en étudiant successivement les variations de l'écart de la température moyenne maximale, de l'intensité maximale des fluctuations de température et du taux de dissipation de ces fluctuations. Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de déterminer le temps de mélange et d'estimer les ordres de grandeur des concentrations de polluants émises reçues par des récepteurs particuliers (piéton au bord d'une route lors du passage d'un véhicule automobile ou automobiliste dans le sillage d'une voiture)This experimental work concerns the diffusion of heat downstream of a point source located at the Ahmed body base for slant angles " of 5°, 25° or 40°. This study has been carried out in air and in water at different Reynolds numbers. Laser Doppler velocimetry (LDV), hot wire anemometry and cold wire thermometry have been used to measure velocity and temperature in the near wake ( ). Characteristics of the velocity fields have been found to be strongly dependent on " when the Reynolds number increase. For "=25°, temperature and velocity measurements show in evidence the existence of a transition 2D-3D at a Reynolds number ReLc=2,7. 104. Thermal fields revealed a high degree of complexity linked both to the complex nature of the dynamic field and the off axis location of injection. Scalar transport and mixing are analysed as a function of the rear slant angle ". The mixing problem has been studied by considering successively variations of maximum values of temperature excess, maximum intensity of the temperature variance and dissipation rate of temperature variance. These results allowed to determine the mixing time and to estimate the pollutant concentrations received by particular receptors (pedestrian close to a road or car driver)