Littérature scientifique sur le sujet « Couches de cisaillement turbulentes »

Le présent article traite du renforcement en cisaillement des poutres en béton armé (BA) à l’aide de matériaux composites à base de polymère renforcé de fibres (PRF) collé en surface. La première partie de l’article fait le point sur l’évolution des codes et des normes nord-américains quant à la résistance à l’effort tranchant des poutres en BA renforcées à l’aide de composite en PRF collé en surface. La seconde partie présente une analyse exhaustive des paramètres majeurs influençant la contribution du PRF à la résistance à l’effort tranchant. Elle présente également une comparaison des prédictions des normes de conception en vigueur (ACI 440.2R 2017; CSA/S6 2019; CSA/S806 2012; fib-TG9.3 2001) avec les résultats des essais expérimentaux rapportés dans la littérature. Il ressort de l’étude que des paramètres majeurs influençant le comportement à l’effort tranchant n’ont fait l’objet, à ce jour, que de peu d’investigations. Parmi ces paramètres, on peut citer en particulier : (i) la présence et le taux de l’acier transversal interne et (ii) le nombre de plis (couches) des PRF collés en surface. Cela peut expliquer les écarts observés entre les résistances prédites par les règles de calcul et celles obtenues à partir de tests. À la suite de ces observations, une base de données extraite à partir des études expérimentales a été élaborée dans le cadre de cette étude. Les résultats obtenus mettent en évidence et confirment l’existence d’une interaction entre le composite en PRF collé en surface et l’acier transversal interne quant à la reprise des efforts tranchants. Ils mettent également en évidence l’existence d’une rigidité optimale du PRF au-delà de laquelle le gain en résistance attribué au PRF collé en surface est plafonné.

Dans ce travail, on détermine en premier lieu, la structure de l’écoulement autour d’un obstacle en présence d’une stratification thermique. Les résultats obtenus montrent l’effet de la stratification thermique sur la couche de cisaillement. On montre également le développement des instabilités secondaires de type barocline. Dans la deuxième partie, on étudie, l’effet d’une perturbation périodique sur les instabilités secondaires et ses différents paramètres. Les résultats montrent, également, le développement d’une importante activité tourbillonnaire par rapport au cas non perturbé.

La couche limite tridimensionnelle turbulente est le siège de phénomènes complexes, particulièrement du point de vue de la structure de la turbulence. L'xploitation des propriétés des équations de Prandtl permet un calcul très rapide par une méthode de marche en espace, ce qui facilite l'étude des performances de modèles de fermeture complexes. Le code de calcul de couche limite du CERT/DERAT a été étendu pour permettre des calculs en mode inverse ; des modèles de turbulence classiques, reposant sur l'intéhration de une à cinq équations de transport pour les moments turbulents, ont été inclus dans la méthode en vue d'une utilisation industrielle. La surface sur laquelle se développe la couche limite peut être donnée par plusieurs blocs de maillage structuré, et la méthode proposée permet la coexistence de zones laminaires, transitionnelles ou turbulentes avec équations de transport. En couche limite tridimensionnelle, la contrainte de cisaillement turbulente n'est pas alignée avec la contrainte visqueuse. Les modèles à viscosité tourbillonnaire étant incapables de reproduire cette propriété une autre partie de l'étude, plus fondamentale, examine les développements récents sur la fermeture au second ordre. L'accent porte particulièrement sur le tenseur des corrélations pression-déformation, et ses propriétés pour la couche limite tridimensionnelle sont étudiées. Les adaptations nécessaires pour prendre en compte la présence de la paroi sont également présentées. Tout le tenseur de Reynolds a été intégré numériquement par des approches à une ou deux couches pour évaluer des fermetures récentes non linéaires en écoulement tridimensionnel, sur les cas d'une aile en flèche et d'un ellipsoïde de révolution en incidence. Une excellente prévision de l'écoulement moyen, et des désalignements, bien qu'encore trop peu importants ont pu être obtenus avec certains modèles.

Cette étude est consacrée à la diffusion d'ondes acoustiques par des tourbillons isolés et couches de cisaillement de jet turbulentes. Lorsque les ondes acoustiques traversent un volume de turbulence, les fluctuations de la turbulence modifient la direction de propagation des ondes. En outre, si la turbulence évolue dans le temps, le contenu spectral du son change également, ce qui entraîne un élargissement spectral. Afin de mieux comprendre ces phénomènes, une série d'analyses numériques a été réalisée. Pour ce faire, un code fourni par Siemens a été utilisé, dans lequel les Equations d'Euler Linéarisées sont résolues par la Méthode de Galerkin Discontinue. Il simule la propagation des ondes acoustiques sur un écoulement de base défini par l'utilisateur. Pour prendre en compte l'élargissement spectral, le code a été modifié pour pouvoir interpoler en temps et en espace des données externes dépendant du temps dans l’écoulement de base. L'interpolation a été testée par des différentes études de convergence du champ de pression diffusé par une couche de mélange bidimensionnelle. D'autres caractéristiques ont également été mises en œuvre pour faire face aux instabilités numériques causées par l'inhomogénéité de l’écoulement de base. Dans un premier temps, la diffusion des ondes acoustiques causée par un tourbillon elliptique de Kirchhoff isolé est étudiée. Lorsque le tourbillon est fixé dans l'espace, l'étude se concentre sur les effets de l'ellipticité, de l'orientation du tourbillon par rapport à la direction de propagation de l'onde acoustique incidente, de la vitesse tangentielle du tourbillon et de sa taille par rapport aux ondes acoustiques. La diffusion a été également étudiée lorsque le tourbillon est convecté. Une attention particulière a été accordée à son ellipticité et à la vitesse de convection. Les résultats montrent que l'ellipticité et surtout l'orientation du tourbillon jouent un rôle clé dans la diffusion. Enfin, l'étude de la diffusion du son par les couches de cisaillement des jets turbulents est menée, où la source acoustique est située à l'axe du jet. Pour cela, les données interpolées dans l'écoulement de base du code DGM appartiennent à une base de données externe de jets ronds simulés par LES. Ces jets ont des nombres de Mach variant entre 0,3 et 1,3, et leur température est 1, 1,5 ou 2,25 fois la température ambiante. Ces paramètres modifient les propriétés des fluctuations turbulentes. Le contenu spectral de ces fluctuations est donc comparé entre les jets. Ensuite, les champs de pression obtenus avec des écoulements de base moyens et des écoulements de base turbulents, ainsi que la différence entre eux, sont présentés. Leurs directivités sont également discutées, ainsi que les spectres du champ acoustique. Les spectres sont caractérisés par une tonalité centrale à la fréquence de la source et deux lobes latéraux. Ils sont symétriques pour des nombres de Mach élevés. La position des lobes latéraux se rapproche du ton central et leurs niveaux augmentent avec la température du jet pour des jets à nombre de Mach constant, ce qui peut s'expliquer par les changements subis par les fluctuations de la turbulence
This study is consecrated to the scattering of acoustic waves by isolated vortices and turbulent jet shear layers. When the acoustic waves pass through a volume of turbulence, the fluctuations in the turbulence change the propagation direction of the waves. In addition, if the turbulence evolves in time, there is also a change in the sound spectral content, causing spectral broadening. In order to better understand these phenomena, a series of numerical analyses have been carried out. For this purpose, a code provided by Siemens has been used where the Linearised Euler Equations are solved by the Discontinuous Galerkin method. It simulates the acoustic wave propagation over a base flow defined by the user. To take into account the spectral broadening, the code has been modified to be able to interpolate time-dependent external data in time and space onto the base flow. The interpolation has been tested by different convergence studies of the pressure field scattered by a 2-dimensional mixing layer. Other features have been also implemented to cope with the numerical instability waves caused by the inhomogeneity of the base flow. Initially, the scattering of acoustic waves caused by an isolated Kirchhoff elliptic vortex is investigated. When the vortex is fixed in space, the study focuses on the effects of the ellipticity, the orientation of the vortex regarding the direction of propagation of the incident acoustic wave, the tangential velocity of the vortex and its size regarding the acoustic waves. The scattering has been investigated also when the vortex is convected. Special attention has been devoted to its ellipticity and the velocity convection. The results show that the ellipticity and especially the orientation of the vortex play a key role in the scattering. Finally, the study of the scattering of sound by turbulent jet shear layers is conducted, where the acoustic source is located at the jet axis. For that, the data interpolated in the base flow of the DGM code belong to an external database of round jets simulated by LES. These jets have Mach numbers varying between 0.3 and 1.3, and their temperature is 1, 1.5 or 2.25 times the ambience temperature. These parameters modify the properties of the turbulent fluctuations. Therefore, the spectral content of these fluctuations is compared between the jets. After that, the pressure fields obtained with mean base flows and turbulent base flows, and the difference between them are presented. Their directivities are also discussed, as well as the spectra of the acoustic field. The spectra are characterized by a central tone at the source frequency and two lateral lobes. They are symmetric for high Mach numbers. The position of the lateral lobes shifts closer to the central tone and their levels increase with the jet temperature for jets with constant Mach number, which can be explained by the changes undergone by the turbulence fluctuations

Cette étude est consacrée à l'analyse des écoulements réactifs supersoniques cisailléset, plus particulièrement, des couches de mélange compressibles pouvant se développerdans les moteurs ramjet et scramjet. Des méthodes numériques appropriées ont été implémentéeset vérifiées pour aboutir au développement d'un code de calcul numériquemassivement parallèle, appelé CREAMS (compressible reactive multi-species solver). Cedernier a été spécialement conçu pour conduire des simulations numériques haute précision(simulations numériques directes ou DNS) de ce type d'écoulements. Une attentionparticulière a été portée à la description des termes de transport moléculaire et des termessources chimiques de façon à considérer la description physique la plus fidèle possible desmélanges des gaz réactifs à haute vitesse, au sein desquelles les temps caractéristiqueschimiques et de mélange aux petites échelles sont susceptibles d'être du même ordre degrandeur. Les simulations des couches de mélange bidimensionnelles et tridimensionnelles,inertes et réactives, confirment l'importance des effets associés à la compressibilité et autaux de dégagement de chaleur. Les résultats ainsi obtenus diffèrent en certains points deceux issus d'autres simulations qui introduisaient certaines hypothèses simplificatrices :développement temporel, emploi d'une chimie globale ou encore lois de transport simplifiées.En revanche, ils reproduisent certains tendances déjà observées dans un certainnombre d'études expérimentales conduites dans des conditions similaires.

On presente les resultats concernant une etude experimentale ayant pour but d'analyser le comportement d'une couche cisaillee libre turbulente incompressible soumise a un cisaillement transversal. L'ecoulement est genere par l'intermediaire de deux jets coaxiaux contra-rotatifs permettant, pour chaque jet, une variation independante du nombre de swirl et de la vitesse debitante. En imposant aux deux flux une rotation de sens oppose, on genere un cisaillement constant dans la direction radiale et l'on obtient alors, dans le cas ou les vitesses debitantes des deux jets sont identiques, le developpement d'un sillage en milieu constamment cisaille dans la direction perpendiculaire a la convection globale. Une description des differentes techniques de mesures developpees pour cette etude est effectuee. En effet, l'ecoulement etudie etant fortement 3d, il a necessite de developper de nouveaux moyens de mesures (sondes et peignes de 12 sondes a 4 fils chauds, sonde anemoclinometrique a 5 trous) afin d'acquerir les 3 composantes de la vitesse simultanement. On s'interesse ensuite a la zone cisaillee se developpant entre les deux jets. Les differents parametres permettant de quantifier les effets du cisaillement transversal sur le developpement d'un sillage et l'evolution des differents profils de vitesses moyennes ainsi que des differents moments d'ordre 2, 3 et 4 sont alors presentes. Une approche du point de vue energetique est par la suite realisee par l'intermediaire de bilans d'energie cinetique turbulente ainsi que par l'etude des differentes equations de transports pour les differents moments du tenseur de reynolds. Par ailleurs, a partir des mesures obtenues par peignes de 12 sondes a 4 fils chauds, l'aspect structuration de l'ecoulement est aborde par l'intermediaire de l'etude des correlations spatio-temporelles, d'une approche realisee dans le domaine spectral et d'une reconstruction du champ de vitesse 3d.

Les travaux realises s'inscrivent dans le cadre general de l'etude des transferts parietaux en presence de complexites physiques (effets de compressibilite, des gradients de pression,. . . ). Elle concerne un ecoulement de couche limite turbulent, supersonique dans trois configurations: sans gradient de pression, a gradients de pression favorables et adverses. Le travail rapporte concerne: a) une validation d'un code de calcul parabolique; b) une analyse physique: - tout d'abord, des effets de compressibilite (engendree par les grandes vitesses), - des effets des gradients de pression favorables et adverses sans inclure les effets de compressibilite; c) une evaluation de modeles de fermeture a faibles nombres de reynolds de turbulence, notamment deux de type k-epsilon, un de type k-omega 2 et une version d'un modele aux contraintes de reynolds; d) des ameliorations, visant a inclure les effets de compressibilite dans une version du modele k-epsilon, sont proposees. Pour le modele de fermeture au second ordre, des corrections ont ete aussi presentees dans le but d'ameliorer le niveau d'anisotropie; e) le but ultime de cette analyse devra nous conduire a une meilleure modelisation des couches limites compressibles. Dans ce contexte, une contribution a ete faite dans le cas des ecoulements compressibles a l'aide de fonctions de paroi

Dans cette étude, on s'intéresse à la dynamique de l'écoulement d'interaction d'une couche de mélange plane turbulente avec un cylindre circulaire. L'organisa\-tion secondaire de cet écoulement tridimensionnel et inhomogène dans les trois directions est analysé, dans un premier temps, à l'aide de mesures fils chauds et de mesures de pressions pariétales. L'organisation principale est quant à elle analysée à l'aide de mesures PlV (Vélocimétrie par Image de Particule) et au moyen de la POD (Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres). Les premiers modes POD, représentant l'organisation des structures cohérentes énergétiquement dominantes, montrent clairement la présence de structures inclinées de part et d'autre de la région d'impact de la couche de mélange. En dessous de l'impact, où l'écoulement est tridimensionnel, les modes POD plus élevés présentent des modes de coalescence de structures, de structures longitudinales et de dislocations de structures, proches de ceux trouvés lors de la tridimensionalisation des sillages. Par ailleurs, à l'aide d'une projection de Galerkin dans le plan derrière l'axe du cylindre, un LODS (Système Dynamique d'Ordre Bas) est construit. Son analyse révèle l'existence d'une injection de fluide du côté haute vitesse de fréquence de battement faible. Enfin, une analyse de données simulées à bas nombre de Reynolds (DNS) permet de conforter les résultats expérimentaux sur la présence de comportements caractéristiques à cette configuration d'écoulement
The aim of this study is to understand the dynamics of a complex flow: a mixing layer - wake interaction. This flow, 3D and inhomogeneous in all three directions, is first analyzed with hot wire and wall pressure measurements. From those data, the Reynolds number, the aspect ratio and the shear parameter influence have been analyzed on the Strouhal number, the base pressure coefficient and the vortex-formation length. In particular, analyses show that, above the impact area of the mixing layer (the low velocity side), the spectral analysis systematically shows at least two cells of different frequency. The main organization is then analyzed by means of PIV (Particle Image Velocimetry) and of POD (Proper Orthogonal Decomposition). First POD modes, which are representative of the energetically dominant coherent structures, clearly show the presence of oblique structures on each side of the mixing layer impact area. In the high velocity zone, where flow is three-dimensional, the higher POD modes show linkages of structures, longitudinal structures and dislocation of structures, close to those found at the time of the wake three-dimensionalisation (both by their intrinsic nature or by perturbations along the span of the cylinder). In addition, a LODS (Low Order Dynamical System) is constructed using a Galerkin projection in the plane behind the cylinder axis. The analysis reveals the existence of a low beating frequency of an injecting flow on the high velocity side. Lastly, low Reynolds number simulated data comfort experimental results on the characteristic behaviour for this flow configuration

Etude dans deux configurations: paroi plane et fixe et paroi cylindrique et mobile. On detecte les structures coherentes et on en precise les formes, les directions et les domaines d'influence. On met en evidence deux "modes dominants". Etude des roles respectifs des differents processus physiques responsables de la perte de coherence dans la region interne de la couche limite

La faible valeur du taux d'evasement des couches de melange supersoniques donne clairement un exemple de l'influence de la compressibilite sur la turbulence. Le travail est base sur l'etude des couches de melange turbulentes supersoniques sans gradient de pression de facon experimentale et numerique. Le calcul numerique utilise un modele avec une fermeture au deuxieme ordre. On suppose que les fluctuations de masse volumique modifient essentiellement les fluctuations de pression. Une modification est proposee pour les termes de retour vers l'isotropie dans ce modele et elle est appliquee dans un modelage algebrique des tensions de reynolds qui prend en compte l'influence des fluctuations de masse volumique. L'extension au cas de faible compressibilite est examinee ainsi que les consequences qui en resultent sur la structure du champ turbulent. La partie experimentale porte sur l'etude du melange de deux ecoulements avec des nombres de mach respectifs de 1,8 et 0,3. Une determination du champ des grandeurs moyennes est effectuee dans la zone comprise, entre la region ou se fait le melange des 2 ecoulements et celle ou commence l'etat asymptotique. De plus, la relation entre le taux d'evasement et le frottement turbulent est examine

Le transport des sediments fins (vases) dans les rivieres ou les estuaires presente frequemment une stratification marquee (lutocline) separant une couche superieure en suspension, d'une couche inferieure appellee couche de creme de vase (ou cbs). La formation des cbs est examinee en laboratoire a partir d'une experience de turbulence de grille oscillante. Des regimes permanents, associes a des concentrations variees dans la cbs (3-200 g. L 1), ont ete caracterises par la distribution verticale de la concentration, la turbulence et la vitesse de chute des sediments. L'etude montre que l'evolution de la turbulence au dessus de la grille n'est pratiquement pas influencee par la presence des sediments dans la cbs jusqu'au niveau de la lutocline au travers de laquelle la turbulence est totalement detruite. L'interaction sediment-turbulence depend essentiellement du flux de chute entrave qui se produit lorsque la concentration excede 15 g. L 1. Cela se traduit par une variation importante du nombre de richardson de flux a lutocline. Il avoisine 0. 2 pour les essais a grande concentration et depasse 0. 5 pour les essais a faible concentration.