Дисертації з теми "Mécanique des fluides – Stabilité"
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Paddick, Matthew. "Stabilité de couches limites et d'ondes solitaires en mécanique des fluides." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S049/document.
Анотація:
La présente thèse traite de deux questions de stabilité en mécanique des fluides. Les deux premiers résultats de la thèse sont consacrés au problème de la limite non-visqueuse pour les équations de Navier-Stokes. Il s'agit de déterminer si une famille de solutions de Navier-Stokes dans un demi-espace avec une condition de Navier au bord converge vers une solution du modèle non visqueux, l'équation d'Euler, lorsque les paramètres de viscosité tendent vers zéro. Dans un premier temps, on considère le modèle incompressible 2D. Nous obtenons la convergence dans L2 des solutions faibles de Navier-Stokes vers une solution forte d'Euler, et une instabilité dans L∞ en temps très court pour certaines données initiales qui sont des solutions stationnaires de l'équation d'Euler. Ces résultats ne sont pas contradictoires, et on construit un exemple de donnée initiale permettant de voir se réaliser les deux phénomènes simultanément dans le cadre périodique. Dans un second temps, on s'intéresse au modèle compressible isentropique (température constante) en 3D. On démontre l'existence de solutions dans des espaces de Sobolev conormaux sur un temps qui ne dépend pas de la viscosité lorsque celle-ci devient très petite, et on obtient la convergence forte de ces solutions vers une solution de l'équation d'Euler sur ce temps uniforme par des arguments de compacité. Le troisième résultat de cette thèse traite d'un problème de stabilité d'ondes solitaires. Précisément, on considère un fluide isentropique et non visqueux avec capillarité interne, régi par le modèle d'Euler-Korteweg, et on montre l'instabilité transverse non-linéaire de solitons, c'est-à-dire que des perturbations 2D initialement petites d'une solution sous forme d'onde progressive 1D peuvent s'éloigner de manière importante de celle-ciThis thesis deals with a couple of stability problems in fluid mechanics. In the first two parts, we work on the inviscid limit problem for Navier-Stokes equations. We look to show whether or not a sequence of solutions to Navier-Stokes in a half-space with a Navier slip condition on the boundary converges towards a solution of the inviscid model, the Euler equation, when the viscosity parameters vanish. First, we consider the 2D incompressible model. We obtain convergence in L2 of weak solutions of Navier-Stokes towards a strong solution of Euler, as well as the instability in L∞ in a very short time of some initial data chosen as stationary solutions to the Euler equation. These results are not contradictory, and we construct initial data that allows both phenomena to occur simultaneously in the periodic setting. Second, we look at the 3D isentropic (constant temperature) compressible equations. We show that solutions exist in conormal Sobolev spaces for a time that does not depend on the viscosity when this is small, and we get strong convergence towards a solution of the Euler equation on this uniform time of existence by compactness arguments. In the third part of the thesis, we work on a solitary wave stability problem. To be precise, we consider an isentropic, compressible, inviscid fluid with internal capillarity, governed by the Euler-Korteweg equations, and we show the transverse nonlinear instability of solitons, that is that initially small 2D perturbations of a 1D travelling wave solution can end up far from it
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Le, Meur Hervé. "Existence, unicité et stabilité d'écoulements de fluides viscoélastiques avec interfaces." Paris 11, 1994. http://www.theses.fr/1994PA112406.
Анотація:
En première partie, nous étudions l'unicité d'écoulements monodimensionnels de plusieurs fluides viscoélastiques (FVE) de différents modèles, avec interface droite, en géométrie plane (Johnson-Segalman, PTTet MPTT) et cylindrique (Johnson-Segalman). Nous montrons également, grâce à une formulation mécanique, que les solutions planes et cylindriques du modèle Johnson-Segalman ne peuvent pas exploser. Puis nous démontrons la stabilité linéaire monodimensionnelle de l'écoulement de couette d'un fluide de type PTT ou MPTT grâce a une étude du spectre. Enfin, nous proposons un nouveau modèle qui présente notamment les avantages de PTT, sans les inconvénients de MPTT, assure l'unicité de solutions et tient compte du cisaillement. En deuxième partie, nous démontrons l'existence en temps petit d'un écoulement de FVE avec une surface libre et un domaine non borne. En troisième partie, nous étudions la stabilité linéaire par une méthode d'Orr-Sommerfeld justifiée mathématiquement, de l'écoulement de poiseuille plan de deux FVE. Nous commençons par mettre en évidence une hypothèse couramment faite dans la littérature, dont nous donnons un critère de validité, puis faisons une étude asymptotique complète et finissons par une étude non asymptotique du spectre grâce a une méthode d'Arnoldi pour la recherche des valeurs propres
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De, Felice Valerio Francesco. "Il vortice a superficie libera in quanto instabilità." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/253/.
Анотація:
La genèse spontanée de tourbillons à surface libre représente un phénomène hydrodynamique classique dont les causes, jusqu'à aujourd'hui, ne sont pas complètement claires. Les spécialistes ont longtemps supposé que le mouvement de rotation était dû à une graduelle concentration de la vorticité, provenant de l'écoulement amont, qui à travers un mécanisme de convention était accumulée sur l'axe du tourbillon en formation. Une seconde hypothèse suppose la formation d'un tourbillon du à une instabilité hydrodynamique; cette possibilité a été analysée dans un travail expérimental et dans quelques simulations numériques dans le cas d'un écoulement axisymétrique. Dans ce travail on montre qu'en présence de conditions aux limites non uniformes, lorsqu'on augmente le nombre de Reynolds, on observe une instabilité qui déclenche un mouvement de rotation nette dans le tourbillon. Dans la première partie du travail on développe une analyse de stabilité linéaire sur un écoulement alimenté de manière axisymétrique. On considère ensuite, en s'inspirant de la géométrie de l'expérience japonaise, un écoulement avec des conditions d'entrée non uniformes en direction azimutale dans le but de calculer la valeur propre (et la fonction propre associée) la moins stable du système et de calculer le nombre de Reynolds auquel, éventuellement, l'écoulement devient instable. Dans la seconde partie on décrit un travail expérimental conduit à l'IMFT qui a permis de confronter, pour la première fois, les résultats numériques et expérimentaux sur les géométries comparables. Les résultats expérimentaux concordent avec les résultats numériques pour confirmer la thèse que les tourbillons puissent être engendrés par un phénomène d'instabilitéThe spontaneous genesis of free surface whirlpools represents a traditional hydrodynamic phenomenon of which the causes are not yet completely clarified. The scientists supposed for a long time that the rotation was due to the gradual concentration of the vorticity, coming from the upstream flow, which through a mechanism of convention was accumulated on the axis of the rising whirlpool. One second assumption supposes that the formation is due to an hydrodynamic instability; this possibility has been analyzed in an experimental work and some numerical simulations in the case of an axisymmetric flow. In this work it's shown that, in the presence of non uniform boundary conditions, as the Reynolds number is increased, an instability, which lead to a rotation in the flow, is observed. In the first part of the work is made a linear analysis of stability on the flow in an axisymmetric conditions. Is then considered a flow with non uniform inlet conditions in the azimuthal direction: the least stable eigenvalue (and the associated eigenfunction) of the system is calculated and it's also calculated the Reynolds number at which the flow becomes unstable. In the second part is described the experimental work made at the IMFT on the same geometry and flow. The experimental results agree with the numerical results to confirm the thesis which the swirls can be generated by a phenomenon d' instabilited
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Martinand, Denis. "Détermination analytique des modes globaux tridimensionnels en écoulement de convection mixte du type Rayleigh-Bénard-Poiseuille." Lyon 1, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/04/56/12/PDF/tel-00003461.pdf.
Анотація:
Cette étude concerne la détermination analytique de l'évolution spatio-temporelle des modes linéaires d'instabilité thermo-convective dans une couche de fluide horizontale chauffée par le bas (système de Rayleigh-Bénard) et soumise à un gradient de pression (écoulement de Poiseuille). L'originalité réside dans l'inhomogénéité de la température de la plaque inférieure présentant une bosse bidimensionnelle. Cette inhomogénéité et le flux moyen de l'écoulement de Rayleigh-Bénard-Poiseuille ainsi obtenu rompent les symétries du problème de convection pure et amène à considérer des modes spatialement localisés d'instabilité en rouleaux. Un mode synchronisé se développant sur une telle configuration est nommé mode global. L'échelle spatiale caractéristique des variations de la bosse de température étant supposée grande devant celle de la longueur d'onde des rouleaux, les modes globaux sont cherchés sous la forme de modes propres dans la direction de confinement, modulés par un développement WKBJ bidimensionnel dans les directions horizontales lentement variables. Un tel développement ne peut être valable aux points où la vitesse de groupe de l'instabilité s'annule, ou points tournants. Au voisinage d'un tel point situé au sommet de la bosse de température, le caractère borné de la solution, cherchée sous la forme d'un développement intermédiaire, impose un critère de sélection donnant taux de croissance (ou de façon équivalente seuil critique), fréquence et vecteur d'onde du mode global. Cette étude généralise à des cas bidimensionnels les méthodes utilisées et les résultats obtenus pour des inhomogénéités unidimensionnelles. Une telle approche est d'abord appliquée à une équation dynamique simplifiée obtenue par le formalisme d'enveloppe. Les résultats analytiques sont comparés à des simulations numériques de cette équation. Puis ces modes globaux sont déterminés pour un écoulement fluide décrit par les équations de Navier-Stokes dans l'approximation de Boussinesq
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Poncet, Sébastien. "Écoulements de type rotor-stator soumis à un flux axial : de Batchelor à Stewartson." Aix-Marseille 1, 2005. http://www.theses.fr/2005AIX11010.
Анотація:
Cette étude expérimentale et numérique porte sur la caractérisation des écoulements de type rotor-stator soumis à un flux axial selon deux angles: turbulence et stabilité. De nouvelles mesures par LDA sont comparées aux prévisions d'un modèle avancé de transport des tensions de Reynolds essentiellement pour les écoulements turbulents à couches limites séparées. Cette confrontation a permis d'approfondir les propriétés des écoulements confinés soumis à une forte rotation. Dans le cas d'une cavité fermée ou lorsqu'un flux centripète est imposé, la structuration de l'écoulement est de type Batchelor: la couche limite du rotor et celle du stator sont séparées par noyau central en rotation. La vitesse tangentielle dans le noyau est proportionnelle à la vitesse locale du disque avec un coefficient de proportionnalité K. Ce coefficient peut être déterminé à partir d'un coefficient local de débit selon une loi analytique dont les deux coefficients dépendent uniquement du taux de prérotation du fluide. Cette loi est indépendante de l'espace interdisque et de la géométrie. Pour de forts flux centrifuges, la structuration de l'écoulement devient de type Stewartson avec une couche limite unique sur le rotor. La transition entre ces deux structurations peut être caractérisée par un nombre de Rossby basé sur l'espace radial entre le rotor et le cylindre extérieur. Cette transition est continue et indépendante de l'espace interdisque et de la géométrie. La turbulence est concentrée dans les couches limites et augmente du centre vers la périphérie du disque. Lorsqu'un flux est imposé, la zone relaminarisée proche de l'axe en cas de cavité fermée, disparaît et la turbulence est maximale près des zones d'entrée et de sortie du fluide. L'influence d'un flux sur la stabilité des écoulements de type Couette de torsion à couches limites jointes, de type mixte et de type Batchelor a également été étudiée à partir de visualisations de l'écoulement. Les réseaux de cercles concentriques et de spirales mais aussi les ondes solitaires et les spots turbulents observés en cavité fermée subsistent en présence d'un flux mais les seuils d'apparition sont décalés. De nouvelles instabilités essentiellement sous la forme de spirales apparaissent également. Une instabilité de type " crossflow ", générique de ce type d'écoulement, a été observée. Elle se développe sous la forme de spirales positives localisées en périphérie de la cavité. Elle est due aux points d'inflexion dans les profils axiaux des vitesses moyennes radiale et tangentielleThis experimental and numerical study deals with the characterization of rotor-stator flows when an axial throughflow is superimposed according to the angles: turbulence and stability. New velocity measurements are compared to the predictions of a advanced Reynolds Stress Model essentially for turbulent flows with separated boundary layers. In a closed cavity or when a centripetal throughflow is superimposed, the flow structure is of Batchelor type: the boundary layer on the rotor and the one on the stator are separated by a central rotating core. The tangential velocity in the core is proportional to the local disk speed with the proportionality coefficient K. This coefficient can be determined thanks to a local flowrate coefficient according to a simple analytical law with two coefficients depending only on the prerotation level of the fluid. This law is independent on the interdisk space and on the geometry of the cavity. For strong centrifugal throughflows, the flow structure switches to Stewartson type with only one boundary layer on the rotating disk. The transition between these two flow structures can be characterized by a Rossby number based on the radial gap between the rotor and the shroud. This transition is continuous and does not depend on the interdisk space and on the geometry. Turbulence is concentrated in the two boundary layers and increases towards the periphery of the cavity. When a throughflow is superimposed, the relaminarized area close to the axis disappears and the turbulence intensity is maximum in the outlet and inlet areas. The influence of a throughflow on the stability of torsional Couette flows (joined boundary layers), mixed flows and Batchelor flows has been investigated from flow visualizations. The circle and spiral networks as well as the solitary waves and the turbulent spots observed in the case of a closed cavity subsist when a throughflow is superimposed but the appearance thresholds are moved. Some new instabilities appear also. A "crossflow'' instability, generic of these type of flows, has been observed. These are positive spirals located at the periphery of the cavity closed to the stator boundary layer. It is due to the inflexion points in the axial profiles of the mean velocity components
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Brizzi, Laurent-Emmanuel. "Contribution à l'étude de l'instabilité générée par un jet cylindrique débouchant perpendiculairement à un écoulement transversal." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2334.
Анотація:
L'etude concerne les conditions d'apparition et de developpement des structures tourbillonnaires prenant naissance par l'interaction entre un jet circulaire et un ecoulement transversal. Des visualisations par tomographie laser ont permis de distinguer: une file d'enroulements entourant la frontiere du jet. Ces structures, similaires aux anneaux toriques dans le cas du jet libre, sont constituees de la vorticite de la couche limite qui se developpe dans le tube d'injection. Un tourbillon en fer a cheval, situe en amont du tube d'injection, cree une zone d'ecoulement retour de faible epaisseur confinee tres pres de la paroi. Il est provoque par la concentration de vorticite de la couche limite amont en raison du blocage de l'ecoulement principal par le jet. Une paire de tourbillons contrarotatifs domine le champ lointain. Ces structures jumelles resultent d'une recombinaison des vorticites produites par la couche limite du tube d'injection et par celle de la paroi en amont de l'injection. Une seconde paire de tourbillons situee tres pres de la paroi dans le sillage du jet permet a une partie du fluide de remonter en direction de l'orifice d'injection. Des tourbillons de sillage induits par la reorganisation des differentes sources de vorticite. Ils participent activement au developpement de la paire de tourbillons contrarotatifs en aval. Une etude de l'instabilite longitudinale, qui donne naissance aux tourbillons entourant le jet, a ete realisee au moyen d'une analyse d'images et d'un traitement statistique. Elle montre une tres forte influence du rapport de vitesse (et dans une moindre mesure celle du nombre de reynolds de l'ecoulement principal) sur les principales caracteristiques de l'instabilite (longueur d'onde, periode, vitesse de convection). Le travail a ete complete par la mesure des trois composantes de la vitesse (et des differents taux de fluctuations) par anemometrie laser. Les resultats ainsi obtenus permettent d'analyser le caractere complexe de l'ecoulement dans le voisinage immediat de l'orifice d'injection. La complementarite entre ces mesures et les visualisations realisees pour une meme configuration a permis de confirmer les conditions de formations des structures tourbillonnaires
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Albert, Fabrice. "Stabilité d'une interface entre deux fluides cisaillés : étude numérique et asymptotique." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT126H.
Анотація:
On s'interesse a la stabilite lineaire d'une interface entre deux fluides visqueux, non miscibles et superposes dans un ecoulement de couette. Un developpement asymptotique a faible nombre de reynolds a permis de mettre en evidence le critere d'instabilite suivant : en l'absence de gravite et de tension interfaciale, si la couche la plus visqueuse est suffisamment mince, l'ecoulement est toujours instable, et ce, quel que soit le nombre d'onde. Un code numerique resolvant les equations d'orr-sommerfeld, pour un profil de base a priori quelconque a ete developpe en utilisant une methode spectrale du type tau-tchebyshev. Ce code a permis de generaliser le critere d'instabilite ci-dessus a tous les nombres de reynolds, et de mettre en evidence deux types d'instabilite : interfaciale et parietale.
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Roy, Clément. "Dynamique et stabilité de tourbillons avec écoulement axial." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436894.
Анотація:
Cette étude fondamentale présente des résultats expérimentaux et numériques concernant la dynamique et la stabilité de tourbillons avec écoulement axial, pour des nombres de Reynolds modérés. La première partie de la thèse s'attache à étudier l'instabilité elliptique dans des paires de tourbillons co- et contrarotatifs, avec écoulement axial. L'étude de stabilité de deux tourbillons corotatifs de Batchelor, réalisée avec un code à éléments spectraux, a permis d'identifier clairement des modes de l'instabilité elliptique à structure spatiale complexe, pour différentes valeurs de l'écoulement axial et du nombre d'onde axial. Expérimentalement, l'instabilité elliptique a été mise en évidence dans des paires de tourbillons co- et contra-rotatifs, générées au moyen de deux demi-ailes placées dans un canal hydrodynamique. L'analyse POD (Proper Orthogonal Decomposition) d'images acquises par une caméra rapide a mené à une caractérisation précise du mode de l'instabilité observé, qui implique des perturbations avec des nombres azimutaux m=0 et m=2, remplissant la condition de résonance de l'instabilité elliptique. L'analyse numérique de stabilité des vortex expérimentaux, caractérisés par une méthode de Vélocimétrie Stéréoscopique par Images de Particules, a montré le même mode instable. Les longueurs d'onde et taux de croissance expérimentaux et numériques sont en bon accord. La deuxième partie de l'étude porte sur le "vortex meandering", abord expérimentalement en générant un vortex de bout d'aile. Une analyse détaillée des perturbations du tourbillon permet de mettre ce phénomène en relation avec la théorie de croissance transitoire des perturbations d'un vortex isolé.
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Mettot, Clément. "Stabilité linéaire, sensibilité et contrôle passif d'écoulements turbulents par différences finies." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00921908.
Анотація:
La contribution majeure de cette thèse consiste en un formalisme et une méthodologie permettant de réaliser une analyse de stabilité globale des écoulements turbulents. La dynamique de ces écoulements est modélisée à l'aide des équations moyennées RANS, on s'intéresse ainsi à l'évolution des grandes échelles turbulentes. Un formalisme global est adopté permettant d'analyser des écoulements complexes. Une approche de type discrète est proposée, où les équations sont d'abord discrétisées puis linéarisées par différences finies. Cette approche permet d'adopter une stratégie générique vis à vis du système d'équations utilisées, comme le choix d'un modèle turbulent, et évite une linéarisation analytique fastidieuse des équations. Par ailleurs, cette méthode permet également l'utilisation systématique d'un code de simulation numérique afin de réaliser une étude de stabilité linéaire. Enfin, on démontre que l'analyse de la sensibilité à des perturbations stationnaires peut être réalisée grâce à ce formalisme et ce pour des écoulements laminaires et turbulents. Cette analyse détermine les zones où un contrôle stationnaire permettrait de réduire les instationnarités observées, facilitant la conception de stratégies efficaces de contrôle en boucle ouverte. La méthode est testée en premier lieu sur deux écoulements laminaires, où l'on reproduit les résultats obtenus par de précédentes études sur la dynamique d'oscillateur du sillage d'un cylindre bidimensionnel ainsi que sur la dynamique d'amplificateur de bruit d'une couche limite. La robustesse et la validité de notre méthode sont ensuite analysées sur un cas d'écoulement compressible et turbulent dans une cavité profonde. La précision des gradients de sensibilité est vérifiée, et la physique de l'écoulement, modes instables, propriétés acoustiques, impact de la modélisation de la turbulence, est détaillée. Afin de mieux appréhender la portabilité ainsi que la valeur ajoutée de notre méthode, on présentera ensuite trois cas d'études réalisées à l'aide de nos outils. On s'intéressera en premier lieu au phénomène de buffet sur un profil bidimensionnel, puis on présentera des résultats obtenus sur la caractérisation comme amplificateur de bruit d'un cas d'interaction de choc-couche limite, enfin une analyse du screech dans les jets sous détendus sera proposée. Enfin, on présente en dernier lieu une étude de la dynamique turbulente du sillage derrière un cylindre en forme de D.
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Loueslati, Karim. "Stabilité hydrodynamique et magnétohydrodynamique d'un jet capillaire tournant." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_LOUESLATI_K.pdf.
Анотація:
L'analyse de stabilité linéaire ainsi que la détermination de la nature des instabilités (absolue ou convective) sont étudiées pour un modèle de jet tournant: le tourbillon de Rankine avec vitesse axiale. Le jet est en rotation solide et sa vitesse axiale est constante. A l'extérieur du jet, le fluide ambiant est animé d'une vitesse axiale différente de celle du jet et sa vitesse azimutale décroît en 1/r. La première partie du travail est constituée des analyses temporelle et spatio-temporelle des instabilités, en fonction des mécanismes physiques présents: tension superficielle, couches de mélange axiale et azimutale, différence de densité et forces centrifuges. L'influence stabilisatrice de la viscosité du jet sur les instabilités centrifuges et la déstabilisation des modes neutres de Kelvin par la viscosité du fluide environnant sont mises en évidence. La modification des transitions absolu/convectif, issues de la tension de surface, de la différence de densité ou du cisaillement, est caractérisée en fonction des nombres de Reynolds interne et externe. En seconde partie, la stabilisation de l'écoulement, en présence d'un champ magnétique axial et lorsque le jet est un fluide parfaitement conducteur et non magnétique, est montrée. L'importance de la stabilisation par le champ magnétique étant fonction de la conductivité électrique du fluide, l'influence du nombre de Reynolds magnétique est étudiée. Le champ magnétique est montré comme facteur de diminution des zones d'instabilité absolues si le jet n'est pas en rotation. Sous certaines conditions, l'addition de la rotation du jet et du champ magnétique peut amener à une transition vers l'état absolument instable. Enfin, dans le cas où le jet, constitué de fluide magnétique et non conducteur, est non tournant, l'importance du champ magnétique axial sur la stabilité spatio-temporelle du système est quantifiée.
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Pouliquen, Olivier. "Instabilites et solitons de phase a l'interface de deux fluides non miscibles." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1993. http://www.theses.fr/1993EPXX0011.
Анотація:
Cette these est consacree a l'etude experimentale et theorique des instabilites dans les couches de melange temporelles. L'ecoulement de base est genere en inclinant un long tube rempli de deux fluides non miscibles de densites differentes. Lorsque l'ecoulement est accelere et qu'un forcage periodique dans l'espace est impose, on observe des etats accroches ainsi que des solitons de phase (etats incommensurables). Dans le regime faiblement non lineaire, nous montrons a l'aide d'une analyse de la dynamique de phase a la kuramoto que des solitons propagatifs solutions d'une equation de sine-gordon existent. Ces resultats ne decrivent cependant que qualitativement les observations experimentales, l'ecoulement etant accelere et la theorie valable uniquement au voisinage du seuil de l'instabilite. Lorsque le tube est rabaisse a l'horizontale afin d'obtenir un cisaillement constant, l'instabilite change de nature et des ondes propagatives de holmboe sont produites avec des vitesses de phases et taux de croissance en bon accord avec la theorie lineaire
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Lafranche, Éric. "Influence du couplage des orientations et des contraintes internes sur la stabilité dimensionnelle des pièces injectées." Lille 1, 1996. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1996/50376-1996-408.pdf.
Анотація:
L'etude de la repartition des orientations moleculaires dans un ecoulement unidirectionnel a revele l'anisotropie structurale de la piece. Les mesures experimentales ont ete validees par une modelisation simplifiee a partir d'une loi puissance viscoelastique. Les mesures locales d'orientation par dichroisme infrarouge et de contraintes de refroidissement effectuees par dilatometrie par analyse d'image, ont permis d'etablir des correlations entre les taux d'orientation et les rigidites locales d'une part, et les proprietes dilatometriques pures d'autre part. Les donnees integrees dans un calcul de deformation d'une piece constituee d'un materiau multicouche defini par le profil dilatometrique dans l'epaisseur ont mis en evidence le couplage des contraintes de refroidissement et celles induites par le gradient structural (orientations, cristallinite). Les calculs corroborent les mesures de deformation realisees en temperature ou les effets ont ete separes par un traitement thermique de la piece a une temperature de 100c pendant 5 heures pour supprimer les contraintes de refroidissement. La deformation globale de la piece a donc ete exprimee comme le resultat de la superposition des effets generes par les contraintes de refroidissement dont la dissymetrie induit un moment donc une courbure, et des effets d'un gradient de structure egalement dissymetrique, provoque par les orientations moleculaires et la cristallinite du polymere, lui meme responsable d'un moment provoquant une deformation. Une modelisation informatique a partir d'un code de calcul existant a revele les ecarts importants, en l'etat, dans la prevision des deformations et a servi a valider les resultats de nos recherches en confirmant l'interet d'integrer la notion d'anisotropie de structure pour predire avec precision les deformations des pieces.
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Sartor, F. "Instationnarités dans les interactions choc/couche-limite en régime transsonique : étude expérimentale et analyse de stabilité." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01018720.
Анотація:
Dans cette étude nous considérons l'interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente dans un écoulement transsonique sur une bosse d'un point de vue expérimentale et théorique, ainsi que dans un écoulement autour d'un profil d'aile. Dans le premier cas, des mesures ont permis de montrer que l'interaction est caractérisée par la coexistence de deux fréquences distinctes, mais l'origine des oscillations basse fréquence est controversée. Des simulations numériques s'appuyant sur les équations RANS permettent une description de l'écoulement moyen, mais ne sont pas capables de reproduire le comportement instationnaire de l'interaction. Nous proposons une étude de stabilité globale : une décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé au tour d'un champ de base RANS indique que l'interaction est un phénomène stable, et la dynamique de l'écoulement ne peut pas être décrite par un mode global instable. Nous considérons ensuite une approche linéarisée, où la réceptivité de l'écoulement à un forçage externe est analysée à travers une décomposition en valeurs singulières du Résolvant Global. Cette approche est proposée afin d'expliquer la sélection de fréquence dans cet écoulement, et montre que l'interaction filtre et amplifie le bruit résiduel existant : certaines perturbations sont plus amplifiées dans la couche de mélange, tandis que le choc semble se comporter comme un filtre passe-bas. La même approche est enfin appliquée sur un cas d'écoulement transsonique autour d'un profil d'aile, qui peut présenter des oscillations périodiques de l'onde de choc. La décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé est capable de décrire la dynamique instationnaire quand un mode instable est présent. Cependant, la décomposition en valeurs singulières du Résolvant Global peut indiquer la présence des instabilités convectives qui sont responsables du comportement instationnaire à moyenne fréquence de l'écoulement.
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Fourel, Loïc. "Stabilité et instabillité de la lithosphère continentale." Paris, Institut de physique du globe, 2009. http://www.theses.fr/2009GLOB0008.
Анотація:
La plupart des études traitant de la longévité des cratons abordent le sujet du point de vue de leur stabilité et non de leur instabilité. Nous analysons les conditions de stabilité et d'instabilité de la lithosphère continentale par le biais de simulations numériques et d'expériences de laboratoire. La lithosphère est faite de manteau différencié, plus visqueux et moins dense que le manteau primitif. Nous traitons des cas où la viscosité est constante et où elle dépend de la température. Nous mettons en évidence deux régimes différents. Dans le premier, la lithosphère est stable au dessus d'une convection n'impliquant que le manteau sous-jacent. Dans le deuxième cas, la partie inférieure de la lithosphère se déstabilise et les caractéristiques de la convection dépendent de sa viscosité (et non de celle du manteau sous-jacent). Des lois d'échelle dérivées d'un grand nombre de simulations ont été établies pour les deux régimes. Elles nous permettent d'estimer la différence de température disponible pour la convection sous les continents et le nombre de flottabilité de la lithosphère continentale. Les expériences de laboratoire nous ont permis de préciser le comportement de ces instabilités dans le cas de continents de taille finie. Pour l'ensemble des géométries testées, le patron convectif se développe de manière radiale sur une couronne dont la largeur varie avec les nombres sans dimension du système. Le rapport d'aspect, hauteur sur largeur, d'un continent influe sur sa stabilité. Plus il est grand et plus le continent est stableMost of the studies concerning cratonic longevity tackle the problem from the stability point of view and not the instability. We analyze stability and instability conditions of continental lithosphere through numerical simulations and laboratory experiments. Continental lithosphere is made of differentiated mantle, more viscous and less dense than the primitive mantle. We treat cases in which viscosity is constant and where it depends on temperature. We characterize two different regimes. In the first one, the lithosphere remains stable over a convection which only implies the underlying mantle. In the second one, the lower part of lithosphere is unstable and the characteristics of convection only depend on its viscosity (not the viscosity of the underlying mantle). Scaling laws are derived from numerous simulations for both regimes. They allow us to estimate the temperature difference available for convection underneath the continents as well as the buoyancy number for continental lithosphere. Laboratory experiments define the behaviour of such instabilities in the case of continents of finite horizontal width. For every geometry tested, the convective pattern develops radially over a corona which width depends on the dimensionless numbers of the system. The aspect ratio, defined as height over width, of a continent affects its stability. The greater it is, the stabler is the continent
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Kahouadji, Lyes. "Analyse de stabilité linéaire d'écoulements tournants en présence de surface libre." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066325.
Анотація:
Ce mémoire est une contribution numérique à l'étude des écoulements tournants en présence d'une surface libre. Trois configurations sont étudiées. La première est représentative d'un procédé de croissance cristalline particulier, connu sous le nom de "zone flottante chas d'aiguille", pour laquelle la rotation est utilisée comme un moyen pour minimiser des défauts d'axisymétrie du chauffage. La deuxième configuration étudiée consiste à étudier un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface libre supposée comme plane. Dans la troisième partie, l'étude d'un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface plane se voit enrichie par la prise en compte d'une surface libre déformée. Pour chacune des trois configurations, une analyse de stabilité linéaire est effectuée sur un champ de base supposé stationnaire et axisymétrique
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Stewart, Bronwyn. "Dynamique et stabilité de l'écoulement autour de corps non profilés roulants." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436896.
Анотація:
Une étude numérique et expérimentale de l'écoulement autour de corps roulants ou glissants est présentée. La géométrie des corps étudiés est soit sphérique soit cylindrique, et le nombre de Reynolds, basé sur le diamètre et la vitesse de translation du corps, est limité à des valeurs inférieures à 500. Le but de cette étude est de comprendre l'interaction des effets d'une rotation et de la proximité d'une paroi sur le sillage d'un corps non-profilé, quand ces deux effets sont présents simultanément. Dans le cas d'un cylindre roulant le long d'une paroi, des simulations bi- et tri-dimensionnelles ainsi qu'une étude de stabilité linéaire ont été effectuées. L'écoulement autour d'une sphère, roulant ou glissant le long d'une paroi, est étudié expérimentalement et par des simulations numériques tri-dimensionnelles. L'espace des paramètres de cet écoulement est défini par le nombre de Reynolds et le taux de rotation adimensionné du corps. Cinq valeurs de rotation ont été considérées. Cette plage décrit des situations allant du roulement "normal", sans glissement entre le corps et la paroi, au roulement "inversé", où le corps tourne dans la direction opposée. Une approche numérique avec une méthode à éléments spectraux a été utilisée pour simuler l'écoulement en deux et trois dimensions. Des expériences en laboratoire ont été effectuées dans un canal à eau en circuit fermé, équipé d'un tapis roulant avec aspiration de la couche limite. La visualisation par colorant a été utilisée afin d'identifier les différents structures tourbillonnaires dans le sillage du cylindre et de la sphère.
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Agbessi, Yao. "Stabilité de l’écoulement de Taylor-Couette de fluides complexes." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0160/document.
Анотація:
Quand on augmente le nombre de Reynolds d’un écoulement, il passe progressivement d’un état ordonné, laminaire, à un état chaotique, turbulent. Lors de cette transition, on voit apparaître des structures hydrodynamiques ordonnées qui se désordonnent sous l’effet de déstabilisations successives. Ces structures peuvent poser problème lorsqu’on souhaite par exemple homogénéiser des suspensions car des particules peuvent s’y retrouver piégées et générer des zones sur ou sous-concentrées. La plupart des fluides naturels et industriels sont non newtoniens. Pour mieux comprendre et contrôler l’apparition des structures hydrodynamiques dans de tels fluides, nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse, aux mécanismes d’instabilités gouvernant la transition vers la turbulence de fluides complexes dans la configuration simplifiée de Taylor-Couette. Dans un premier volet théorique et numérique, les concepts d’instabilités hydrodynamiques ont été appliqués à l’écoulement de Taylor-Couette pour trois modèles rhéologiques : la loi de puissance, le modèle de Carreau et le modèle de Bingham. Deux rapports de rayons et différentes vitesses de rotation des deux cylindres ont été considérés. La déstabilisation de l’écoulement de Couette circulaire a été étudiée pour prédire l’apparition de structures telles que les rouleaux de Taylor-Couette aux temps longs. Une analyse aux temps courts a également été effectuée pour étudier les phénomènes de croissance transitoire dans l’écoulement. Dans un second volet expérimental, un dispositif de Taylor-Couette en plexiglas a été élaboré. Dans un premier temps, des mesures de couple avec un fluide newtonien (glycérol) ont été réalisées et comparées avec succès avec les résultats de la littérature. Des mesures rhéométriques ont ensuite été réalisées pour choisir des fluides répondant aux lois rhéologiques utilisées dans le volet théorique. Des visualisations ont été effectuées pour détecter l’apparition des instabilités et les conditions critiques ont été comparées aux prédictions de l’analyse linéaire de stabilité. Des mesures de vélocimétrie par image de particules (PIV) ont été aussi effectuées pour déterminer les champs de vitesse de l’écoulement. Ces différentes études ont permis de mettre en évidence le caractère sous-critique et l’apparition d’un écoulement chaotique engendrés par le caractère rhéofluidifiant des fluidesWhen increasing the Reynolds number of a flow, it passes gradually from an ordered state, called laminar, to a chaotic state, called turbulent. During this transition, organized hydrodynamic structures appear which disorganize under successive destabilizations. These structures may cause problems for example in the relation to the homogenization of suspensions, because particles may be trapped in the structures, leading to under or over-concentrated zones. Furthermore, most of the fluids found in nature and in the industry are non-Newtonian. In order to better understand and control the apparition of hydrodynamic structures in such fluids, we focused during this PhD on the instability mechanisms governing the transition to turbulence of complex fluids in the simplified configuration of Taylor-Couette. In a theoretical and numerical approach, concepts of hydrodynamic instabilities were applied to the circular Couette flow for three rheological models: the power law, the Carreau and the Bingham models. Two radius ratios and different rotation velocities were considered for the cylinders. The destabilization of the circular Couette flow was studied to predict the apparition of structures such as Taylor vortex at long times. An analysis at short time was also performed to study the phenomena of transient growth. In an experimental approach, a Taylor-Couette device was designed. First, the torque on the inner cylinder was measured for a Newtonian fluid (glycerol) and successfully compared to previous results of the literature. Secondly, rheological measurements were conducted in order to select fluids showing rheological behaviors considered in the theoretical approach. Visualizations were then performed in order to detect the apparition of instabilities and the critical conditions were compared to the predicted by means of the linear stability analysis. Finally, PIV measurements provided velocity fields in the flow. These different studies evidenced a subcritical transition and chaotic flow due to the shear-thinning character of the fluids
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Stewart, Bronwyn Elaine. "Dynamique et stabilité de l'écoulement autour de corps non profilés roulants." Aix-Marseille 1, 2008. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2008AIX11057.pdf.
Анотація:
Une étude numérique et expérimentale de l’écoulement autour de corps roulants ou glissants est présentée. La géometrie des corps étudi´es est soit sphérique soit cylindrique, et le nombre de Reynolds, bas´e sur le diam`etre et la vitesse de translation du corps, est limité à des valeurs inferieures à 500. Cette plage de valeurs est suffisante pour capturer les premières transitions bi- et tri-dimensionnelles de l’écoulement. Le but de cette ´etude est de comprendre l’interaction des effets d’une rotation et de la proximité d’une paroi sur le sillage d’un corps non-profilé, quand ces deux effets sont présents simultanément. Dans le cas d’un cylindre roulant le long d’une paroi, des simulations bi- et tri-dimensionnelles ainsi qu’une étude de stabilité linéaire ont été effectuées. L’écoulement autour d’une sphère, roulant ou glissant le long d’une paroi, est étudié expérimentalement et par des simulations numeriques tri-dimensionnelles. L’espace des paramètres considéré est défini par le nombre de Reynolds et le taux de rotation adimensionné du corps, α. Pour un corps se déplaçant le long d’une paroi dans un fluide au repos, ce taux est donné par le rapport de la vitesse tangentielle àla surface du corps et de la vitesse de translation du corps. Cinq valeurs, entre α = 1 et α = −1 ont été considérées. Cette plage décrit des situations allant du roulement normal’, o`u il n’y a pas de glissement entre le corps et la paroi, au roulement ‘inversé’, où le corps tourne dans la direction opposée. Cette plage correspond à la plage de taux de rotation observée expérimentalement pour des corps roulant librement avec et sans effet de lubrification. [. . . ]A numerical and experimental study of the flow around rolling and sliding bodies is presented. The body geometry is fixed as being either spherical or cylindrical and the Reynolds number of the flow is restricted to Re ≤ 500. This range is sufficient to capture the primary two- and three-dimensional transitions in the flow. The primary aim of this study is to understand the effects of body rotation and a nearby wall on the flow transitions when these effects are acting in tandem. In the case of the cylinder moving along the wall, both two- and three-dimensional flows are investigated and the results of a linear stability analysis are reported. The flow around a rolling and sliding sphere is investigated using both experiments and three-dimensional simulations. The parameter space under consideration is defined in terms of the Reynolds number, based on the body diameter, and the rotation rate of the body, α. For a body moving along a wall in a quiescent fluid, the rotation rate corresponds to the ratio of tangential velocity on the surface of the body to the translational velocity. Five discrete values of the rotation rate have been selected, α = 1, 0. 5, 0, −0. 5 and −1. These range from ‘normal’ rolling, where there is no slip between the body and the wall, to reversed rolling, where the body rotates in the opposite sense. This range is selected to correspond with the range of rotation rates observed in experiments of freely rolling bodies with and without lubrication effects. [. . . ]
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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.
Анотація:
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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Fosas, De Pando Miguel Ángel. "Tonal noise generation in flows around aerofoils : a global stability analysis." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2012. https://theses.hal.science/tel-00816987.
Анотація:
La génération de fréquences discrètes dans l'écoulement autour d'un profil d'aile est étudiée dans cette thèse au moyen de simulations numériques non-linéaires et d'études de stabilité globale. À cette fin, un code numérique mettant en œuvre une nouvelle technique pour accéder à la dynamique linéaire, directe et adjointe, a d'abord été développé et ensuite appliqué à l'écoulement autour d'un profil. Les simulations non-linéaires confirment l'apparition de fréquences discrètes dans le spectre sonore, et pour le cas considéré, l'analyse de stabilité globale de la dynamique linéaire de l'écoulement moyen montre que celle-ci est stable. Cependant, la réponse de l'écoulement à des perturbations incidentes révèle de fortes croissances transitoires amenant à l'établissement de cycles de rétroaction aéroacoustique. Ces cycles comprennent la croissance des instabilités hydrodynamiques dans les couches limites sur l'intrados et l'extrados ainsi que leurs interactions avec les radiations acoustiques du bord de fuite. Les processus associés à l'apparition des fréquences discrètes dans le spectre sonore ainsi que les cycles de rétroaction sont ensuite mis en relation avec les modes globaux les moins stables: d'un coté, la structure spatiale des modes directs montre la croissance des instabilités hydrodynamiques sur l'extrados et la zone du sillage proche du bord de fuite; d'un autre coté, les modes adjoints associés présentent l'intrados comme la zone la plus réceptive à des perturbations externes. Finalement, l'analyse de la région dite du wavemaker indique, en accord avec les expériences, le rôle fondamental de la couche limite sur l'intradosThe generation of discrete acoustic tones in the compressible flow around an aerofoil is addressed in this thesis by means of nonlinear numerical simulations and global stability analyses. To this end, a nonlinear simulation code featuring a novel technique for gaining access to the linearized direct and adjoint dynamics has been developed and applied to the flow around an aerofoil. The nonlinear simulations confirm the appearance of discrete tones in the acoustic spectrum, and for the chosen flow case, the global stability analyses of the mean-flow dynamics reveal that the linearized operator is stable. However, the flow response to incoming disturbances exhibits important transient growth effects that culminate into the onset of aeroacoustic feedback loops, involving instability process on the suction- and pressure-surface boundary-layers together with their cross interaction by acoustic radiation at the trailing edge. The features of the aeroacoustic feedback loops and the appearance of discrete tones are then related to the features of the least stable modes in the global spectrum: on the one hand, the spatial structure of the direct modes display the growth of hydrodynamic instabilities on the suction surface and the near wake; on the other hand, the associated adjoint modes display increased receptivity of the flow on the pressure surface. Finally, the analysis of the wavemaker region highlights, in agreement with previous experimental investigations, the sensitivity of the flow to the pressure-surface boundary layer
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Griffith, Martin. "Stabilité et dynamique des écoulements en géométrie de sténose." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00437443.
Анотація:
Les écoulements stationnaires et pulsés sont examinés dans deux géométries bloquées. Les géométries utilisées sont des modèles d'artères sténotiques, une condition commune ou une contraction localisée grandit dans une artère. Les géométries sont des modèles simplifiés de la réalité physiologique d'une sténose, l'intention de l'étude étant d'isoler et de décrire les caractéristiques fondamentales des écoulements sténotiques. L'étude se concentre sur l'effet de la variation du taux de blocage sur l'écoulement et sa stabilité. La première partie de la thèse présente une investigation de l'écoulement stationnaire à travers une conduite bidimensionnelle, avec une contraction asymétrique semi-circulaire. Les variations de la dynamique et de la stabilité et du sillage avec le nombre de Reynolds et le taux de blocage sont présentés. Le mode primaire de l'instabilité est décrit et son mécanisme déterminé analytiquement comme étant une instabilité elliptique. La deuxième partie concerne une géométrie cylindrique avec une contraction axisymétrique. Les écoulements stationnaires et pulsés sont examinés numériquement et expérimentalement. Numériquement, les différents modes linéaires d'instabilité sont identifiés. Expérimentalement, l'influence importante d'une instabilité convective est observée. Pour l'écoulement stationnaire, des comparaisons entre le comportement périodique de l'instabilité convective et la réponse d'un forçage sur l'écoulement stable sont effectuées. Pour l'écoulement pulsé, l'instabilité convective domine pour la plupart des cas considérés. La dépendance du nombre de Reynolds et du taux de blocage des deux formes d'instabilité est étudiée.
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Métivier, Christel. "Instabilités thermoconvectives pour des fluides viscoplastiques." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2006. http://www.theses.fr/2006INPL092N/document.
Анотація:
La stabilité de l'écoulement de Poiseuille Rayleigh-Bénard pour des fluides à seuil à été examinée via des approches linéaires, faiblement non linéaire et non linéaire. Ces fluides sont présents dans plusieurs procédés industriels et à plus grande échelle en géophysique. Le comportement rhéologique du fluide est supposé être décrit par le modèle de Bingham. Ce modèle suppose que lorsque la contrainte appliquée au matériau est inférieure à la contrainte seuil, le matériau se déplace comme un solide indéformable. Au-delà de la contrainte seuil, le matériau se comporte comme un fluide visqueux. L'objet de cette étude est de comprendre l'influence de la contrainte seuil sur les conditions de stabilité. Celle-ci se manifeste à travers la modification de l'épaisseur de la zone cisaillée, la stratification de la viscosité dans cette zone et la modification de la dissipation. Une difficulté fondamentale liée à ce problème réside dans le traitement de l'interface séparant les phases ``sol-gel ". Dans un premier temps, une analyse linéaire de stabilité avec des approches modale et énergétique a été conduite. Les résultats mettent clairement en évidence l'effet stabilisant de la contrainte seuil. Ensuite, une analyse faiblement non linéaire a été abordée pour qualifier la nature de la bifurcation. Des résultats originaux ont été obtenus et montrent un changement de la nature de la bifurcation pour un nombre de Péclet . Ceci est une conséquence de la forte stratification de la viscosité. Finalement, une analyse non linéaire de stabilité a été réalisée à partir d'une équation du type Reynolds-Orr. Le comportement des conditions critiques en fonction de la contrainte seuil a été déterminéThe stability of the Poiseuille Rayleigh-Bénard flow for yield stress fluids is performed via linear, weakly non linear and non linear approaches. These fluids are widely used in industrial processes and at a larger scale in geophysics. It is assumed that the rheological behaviour of the material is described by the Bingham model. This model assumes that the material moves as a rigid solid when the applied stress is less than the yield stress and as a viscous fluid when the yield stress is exceeded. The aim of this study is to understand the influence of the yield stress on the stability conditions. It arises from the modification of the thickness of the yielded regions, the viscosity stratification inside these regions and the modification of the viscous dissipation. A fundamental difficulty by comparison with the Newtonian case lies in the description of the behaviour of the interface separating the ``gel-like" and ``fluid-like" phases. First, a linear analysis using modal and energetic approaches is developped. Results clearly highlight the stabilizing effect of the yield stress. Then, a weakly non linear analysis is performed to identify the nature of the bifurcation. Original results are obtained and show a change in the nature of the bifurcation at Péclet number . This is a consequence of the strong viscosity stratification. Finally, a non linear analysis was done using Reynolds-Orr type equation. The behaviour of the critical conditions as function of the yield stress is determined
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Vincent, Huber. "Contribution au calcul d'écoulements de fluides complexes." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00745794.
Анотація:
La première contribution de cette thèse est l'étude de la modélisation ainsi que de la discrétisation des écoulements multiphasiques en géométrie microfluidique. Nous proposons un nouveau schéma d'ordre deux de discrétisation basé sur les méthodes mixtes volumes finis/éléments finis pour le système de Stokes bi-fluides avec tension de surface. Nous présentons alors des comparaison de la précision de ce nouveau schéma avec la discrétisation MAC, en 2D et en 3D-axi. La seconde contribution est relative à l'étude de schémas numériques en temps pour les fluides viscoélastiques. Nous présentons les limites actuelles des modélisations dans ce domaine en étudiant le cas des écoulements de micelles géantes, polymères ayant la capacité de se réorganiser spatialement en fonction du taux de cisaillement. Nous montrons qu'une condition de stabilité liée au ratio de viscosité du polymère et du solvant en temps - très restrictive - existe. Un nouveau schéma est alors proposé pour contourner cette limitation et des études stabilité sont menés pour démontrer nos résultats.
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Benusiglio, Adrien. "Indiscrétions aux interfaces." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00860739.
Анотація:
Un corps qui se déplace dans l'eau y laisse des empreintes qui deviennent visibles s'il se rapproche de la surface. Dans cette thèse, nous étudions expérimentalement et théoriquement trois types différents d'empreintes, les "explosives", les "tourbillonnantes" et les "ondulantes". Les premières sont créées par des explosions à la surface de l'eau et engendrent des cavités dont on étudie la taille maximale et à la dynamique. Contrairement aux cavités d'impact, ces cavités explosives se caractérisent par une ouverture isotrope (cavité hémisphérique) et une fermeture anisotrope qui donne lieu à la formation d'un jet central. Si l'explosion est confinée par un cylindre ouvert de "petit" diamètre, on montre que la cavité se développe dans le cylindre mais n'en sort jamais, quelle que soit l'énergie de l'explosion. Pour les empreintes "tourbillonnantes", on étudie l'impact d'un tourbillon toroïdal sur une surface libre avec une attention particulière pour la taille maximale de la région perturbée et la durée de l'interaction. On montre que la nature chimique de l'interface joue un rôle crucial sur l'interaction: dans l'eau, celle-ci engendre des tourbillons secondaires qui limitent à deux diamètres la taille de la zone perturbée. Ces tourbillons sont supprimés dans l'éthanol et l'interaction s'y poursuit sur des dizaines de diamètres. La troisième partie "ondulante" porte sur la trainée de vague de sphères immergées. Expérimentalement, nous observons un fort écart entre les modèles théoriques classiques et la mesure, dans la gamme de profondeur et de vitesse pour laquelle celle-ci est importante. En étudiant le sillage de surface formé par les sphères, on montre que la saturation en amplitude de celui-ci est à l'origine de cet écart.
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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.
Анотація:
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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Lopépé, Frédéric. "Influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabilité d'un jet rond." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL024N.
Анотація:
Dans un certain nombre d'écoulements industriels, la génération de vortex calibrés constitue un moyen de mélange et de dispersion efficace. Cependant, le mouvement tourbillonnaire ainsi créé modifie fortement les propriétés dynamiques et la stabilité de l'écoulement lui-même. La présente étude s'intéresse à un cas académique qui est l'influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabi!ité d'un jet rond. Du point de vue expérimental, ces vortex sont initialement générés par l'écoulement dans un coude. Une modélisation théorique de l'écoulement de base simplifié est développée pour vérifier les conditions limites d'interface libre séparant deux fluides. Ce couplage des problèmes de jet rond avec ceux d'une paire de vortex, généralise en quelque sorte les approches classiques. Par ailleurs, de manière originale, nous introduisons dans cette modélisation un degré de liberté supplémentaire lié à la position du centre des vortex. L'analyse théorique de la stabilité linéaire met en évidence le caractère déterminant de ce paramètre. Un décalage initial des vortex vers l'intrados diminue le taux de croissance des ondes instables, alors qu'une position initiale vers l'extrados l'augmente. L'influence de ce paramètre a été étendue sur les propriétés convectives-absolues de la stabilité par le biais de la détennination du nombre de Weber critique. Parallèlement, une boucle expérimentale a été spécialement mise au point afin de mettre en évidence l'influence des vortex sur un jet rond classique dans l'air. La modification particulière de l'interface montre une bonne concordance avec le modèle développé. Enfin, une technique expérimentale originale a été développée pour la détermination quantitative des caractéristiques des ondes instables (taux de croissance, vitesse, longueur d'onde).
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Dastugue, Laurent. "Contributions à l'étude de la stabilité d'écoulements autosemblables d'onde thermique pour la fusion par confinement inertiel." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975215.
Анотація:
Les solutions exactes autosemblables de l'hydrodynamique, avec conduction thermique non-linéaire, pour des gaz parfaits en milieu semi-infini, constituent une approche possible pour l'étude de la stabilité d'écoulements en fusion par confinement inertiel. Ces solutions et leurs perturbations linéaires, calculées 'a l'aide d'une méthode spectrale de Chebyshev multidomaine, permettent de rendre compte, sans autre approximation, du caractère compressible et instationnaire de ces écoulements. Suite aux résultats (Clarisse et al., 2008; Lombard, 2008) représentatifs de l'ablation précoce d'une cible par un flux laser non-uniforme (conduction électronique, front thermique subsonique précédé d'un choc quasi-parfait), nous explorons ici d'autres configurations. Pour cette même phase d'ablation, mais avec un rayonnement X incident non-uniforme (conduction radiative), nous traitons un écoulement compressible et un autre faiblement compressible. Dans les deux cas, nous retrouvons les comportements des écoulements compressibles obtenus en conduction électronique avec une instabilité maximale pour un nombre d'onde nul. D'autre part, la méthode spectrale est étendue au calcul de solutions autosemblables en tenant compte de l'onde thermique supersonique en amont du choc. Basée sur une analyse des singularités des équations réduites (front infiniment raide), cette méthode permet d'accéder au régime d'onde thermique supersonique propre à l'irradiation initiale d'une cible et de retrouver les solutions ablatives calculées antérieurement dans l'approximation de précurseur thermique négligeable.
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Gaillard, Antoine. "Flow and stability of a viscoelastic liquid curtain." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC011/document.
Анотація:
L’écoulement et la stabilité des rideaux liquides viscoélastiques sont étudiés pour des solutions de polymères flexibles et semi rigides. Ces liquides viscoélastiques sont extrudés à partir d’une fente à débit constant et s’écoulent à l’air libre sous l’effet de la gravité. L’écoulement de ces liquides se caractérise par un équilibre initial entre la gravité et les forces élastiques causées par les déformations des chaînes de polymère, jusqu’à ce que l’inertie du liquide finisse par dominer et que l’on retrouve le comportement classique de chute libre. Nous montrons que l’écoulement est principalement influencé par la valeur du temps de relaxation extensionnel mesuré par une méthode de filamentation. Un nouvel éclairage sur l’écoulement des rideaux liquides Newtoniens nous permet de trouver une courbe maîtresse de l’écoulement dans le cas viscoélastique par analogie. En ce qui concerne la stabilité du rideau, nous observons que le débit critique de formation du rideau n’est pas affecté par la présence de polymères, tandis que le débit minimum en deçà duquel le rideau se rompt diminue après ajout de polymères, ce qui révèle une plus grande résistance de la nappe à l’initiation de trous. Par ailleurs, nous observons une instabilité de l’écoulement pour les solutions les plus rhéofluidifiantes, où des bandes épaisses (où la vitesse du liquide est supérieure à la moyenne) sont formées au sein du rideau. Une visualisation de l’écoulement à l’intérieur de la filière d’extrusion révèle que ce phénomène est lié à une instabilité de l’écoulement de contraction en amont de la fente, où l’écoulement est de nature instationnaire et tridimensionnelleThe flow and the stability of viscoelastic liquid curtains are investigated using solutions of flexible and semi-rigid polymer chains. These viscoelastic liquids are extruded from a slot at constant flow rate and fall in ambient air under gravity. We show that the curtain flow of polymer solutions is characterized by an initial balance between gravity and the elastic stresses arising from the stretching of polymer molecules, until inertia finally dominates and the classical free-fall behavior is recovered. We show that the flow is mostly influenced by the value of the extensional relaxation time of the solution measured by a filament thinning technique. New insights on the theoretical description of Newtonian curtains allow us to find the master curve of the viscoelastic curtain flow by analogy. Concerning the curtain stability, we show that the critical flow rate for curtain formation is not affected by the presence of polymers whereas the minimum flow rate below which the curtain rapidly breaks is reduced by polymer addition, thus revealing a greater resistance of the sheet to hole initiations. Furthermore, we observe the onset of a flow instability for the most shear-thinning solutions, where thick bands (where the liquid velocity is larger than average) are formed within the curtain. Visualizations of the flow inside the die reveal that this phenomenon is linked to a flow instability at the contraction plane upstream of the slot where the flow is unsteady and three-dimensional in nature
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Fakri, Aboulfida. "Etude numérique de la stabilité spatiale des écoulements de type couche limite : Application à l'étude du bruit rayonné par un profil placé en écoulement sain." Lyon 1, 1985. http://www.theses.fr/1985ECDL0085.
Анотація:
Resolution numerique de l'equation d'orr-sommerfeld dans le cas d'un ecoulement parallele, bidimensionnel, en theorie spatiale. Le code de calcul elabore fait appel a une methode de tir. Les caracteristiques essentielles de la stabilite spatiale ont ete calculees pour la famille de profils similaires de falkner-skan. Ces resultats sont utilises pour confirmer l'evolution des frequences discretes presentes lors de l'emission sonore de profils places en ecoulement sain
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Léon-Becerril, Elisabeth. "Analyse de stabilité et simulation numérique des colonnes à bulles." Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0010.
Анотація:
L'objectif de la thèse est la simulation numérique de l'hydrodynamique et du mélange en colonnes à bulles. En régime homogène, les bulles de gaz montent uniformément; en augmentant le débit de gaz, le régime devient hétérogène avec la présence de "grosses" structures. Ces structures ont un caractère instationnaire et contribuent au mélange. Il s'agit donc de simuler ces structures. La première partie explique l'apparition des "grosses" structures à partir d'une analyse de stabilité d'une colonne à bulles. Un régime d'écoulement permanent et établi est perturbé. L'analyse détermine dans quelles conditions la perturbation s'amplifie. Notre approche permet d'unifier des travaux antérieurs et d'expliquer les différences entre les modèles. Le rôle prépondérant de la déformation des bulles est intégré à l'analyse de stabilité. L'analyse est validée à partir de mesures de la vitesse du gaz et la vitesse de propagation des ondes, à différentes vitesses de liquide. L'analyse de stabilité permet aussi de déterminer la transition entre régimes d'écoulement en colonne à bulles et en conduite. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique. Des simulations ont été menées dans un système parallélépipédique, fermé au liquide, avec une injection de gaz ponctuelle. La prédiction de "grosses" structures en présence d'un panache gazeux est validée avec les travaux de Sokolichin & Eigenberger (1994). Nous retrouvons le rôle déterminant de la modélisation de la masse ajoutée. Nous avons simulé une colonne à bulle de section rectangulaire, fermée au liquide avec une injection de gaz uniforme, en testant différentes options de modélisation de la traînée et de la masse ajoutée. A ces simulations de l'hydrodynamique ont été couplés des traçages effectués sur une hydrodynamique instationnaire qui démontrent le rôle essentiel des "grosses" structures sur le mélange dans une colonne à bullesThe objective of this thesis is the numerical simulation of hydrodynamics and mixing in bubble columns. Experimentally, two different flow behaviours for bubble columns can be observed. In the homogeneous flow, the gas bubbles move upward uniformly. If the gas flow rate increases, the system becomes heterogeneous. This flow is characterised by the presence of large structures. These structures have an unsteady behaviour, and it is possible that they enhance the mixing in bubble columns. In the first part, the existence of large structures in bubble columns is explained by a stability analysis. An uniform bubbly flow is perturbed and the analysis of stability determines the conditions at which this perturbation is amplified. This analysis is based on two main approaches presented in the literature. A particular objective of this research was the synthesis of such approaches, taking into account the importance of bubble deformation in stability. The proposed approach was validated with experimental data of gas velocity and kinematic velocity at several liquid flow rates. In addition this approach allows to analyse the stability and to determine the transition between flow regimes in bubble columns and in pipe flows. The second point is devoted to the numerical simulation of bubble columns in unsteady flows. Simulations were performed for a rectangular system without liquid flow and with a punctual gas flow rate (Sokolichin & Eigenberger, 1994). The importance of the added mass force which is modelled as a function of the gas fraction and bubble deformation is determined. Finally, a simplified CFD model of bubble column has been constructed with a rectangular surface and an uniformly distributed gas feed at the bottom. The aim of such simulations was to test different models for the drag and added mass forces. Simulated tracer tests were carried out and the results confirmed the importance of the large structures in terms of the concentration transport
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Jajoo, Vibhor. "Instabilités de Faraday dans les fluides binaires." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0929/document.
Анотація:
Alors qu'il est bien connu que le phénomène d'instabilité de Faraday est une manifestation d'ondes de gravité capillaire, son comportement lorsque les effets capillaires et gravitationnels disparaissent reste inexploré théoriquement et expérimentalement. Une étude expérimentale et théorique détaillée est réalisée pour comprendre la physique de ce phénomène dans une petite cavité rectangulaire où la proximité des murs entraîne des contraintes considérables sur les parois latérales. Un couple de liquides binaires est utilisé avec une faible tension interfaciale pour une interface presque plate. Le contrôle thermique de ce système de fluide est utilisé pour diminuer la force capillaire et d’étudier ainsi les instabilités de Faraday dans les fluides miscibles où la tension interfaciale s’annule. Afin de prendre en compte les effets gravitationnels, l'expérience a été réalisée dans des campagnes de vols paraboliques. Pour l'approche théorique, une analyse de stabilité linéaire est effectuée à l'aide d'équations de Navier-Stokes dans un système de fluide visqueux incompressible et newtonien. Ceci est réalisé grâce à une méthode de Fourier-Floquet résultant en un problème aux valeurs propres. Les comparaisons montrent des différences non négligeables. Les équations sont ensuite résolues en incluant des effets d'amortissement visqueux pour compenser les contraintes des parois latérales. Les fluides binaires ont fourni une option commode pourchanger le coefficient de tension interfaciale en augmentant la température jusqu’à la température critique, ce qui a permis de passer d’un système de fluides non miscibles à celui des fluides miscibles tout en restant au-dessous de la température d’ébullition. Le taux d'amortissement visqueux linéaire est mesuré expérimentalement. La correction des calculs théoriques en prenant en compte le taux d'amortissement visqueux a permis une amélioration nette des résultats et donc de mieux comprendre la prédiction de l'amplitude critique expérimentale pour les modes sous-harmonique et harmoniqueWhile it is well known that the phenomenon of Faraday instability is a manifestation of vibrational acceleration, its behaviour when both the capillary and gravitational effects vanish, remains unexplored theoretically and experimentally. A detailed experimental and theoretical study is performed to understand the physics of this phenomenon in small rectangular geometry where the proximity of wall results in considerable sidewall stresses. A novel binary liquids system is utilized with low interfacial tension for a near flat interface. Thermal control of fluid system is utilized for achieving reduction in capillary force with study of miscible fluids where interfacial tension reduces to almost zero. In order to discriminate between gravity and capillarity effects, experiments were performed in parabolic flight campaigns. . For the theoretical approach a linear stability analysis is performed through Navier-Stokes equations in a Newtonian incompressible viscous fluid system. This is achieved through a Fourier Floquet method resulting into an eigenvalue problem. Equations are solved by including viscous damping effects for compensating sidewall stresses. Experimentally binary fluids provided a convenient option of changing the coefficient of interfacial tension by temperature control and going through immiscible to miscible system without change of liquid charge. Viscous damping rate is determined experimentally by measuring the linear damping rate. The correction in the theoretical calculations with the viscous damping rate helped in achieving a better understanding of the prediction of the experimental critical amplitude for sub-harmonic and harmonic modes
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Margerit, Daniel. "Mouvement et dynamique des filaments et des anneaux tourbillons de faible épaisseur." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1997. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1997_MARGERIT_D.pdf.
Анотація:
Un filament tourbillon est un cas particulier d'écoulement rotationnel, pour lequel la vorticité se trouve uniquement autour d'une courbe tridimensionnel, dite fibre centrale du filament. Calculer l'écoulement, c'est déterminer l'évolution de cette zone de vorticité, dite filament tourbillon, c'est à dire trouver le mouvement de la fibre centrale. Cette thèse reprend la démarche de Callegari et Ting pour obtenir l'équation d'évolution de la fibre centrale d'un anneau tourbillon en la complétant avec divers remarques et commentaires et, bien sur, en donnant des ordres supérieurs du développement. Nous mettons en valeur le développement des intégrales singulières de Biot et Savart à l'aide de la méthode des développements asymptotiques raccordés. Puis, les résultats obtenus sont utilisés pour justifier des méthodes de cut-off et pour les généraliser au cas visqueux et avec vitesse axiale. Nous complétons les résultats de Widnall et Sullivan sur l'étude linéaire d'un anneau circulaire perturbé en donnant la période d'oscillation des différents modes et en comparant ces résultats avec une simulation numérique de l'équation d'évolution. Enfin, nous étudions l'hélicité d'anneaux tourbillons, les oscillations d'un filament droit et la stabilité de filaments parallèles contrarotatifs.
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Valette, Rudy. "Etude de la stabilité de l'écoulement de Poiseuille de fluides viscoélastiques. Application au procédé de coextrusion des polymères." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00480359.
Анотація:
Un écoulement de coextrusion peut être considéré comme un écoulement de Poiseuille multicouche de fluides viscoélastiques. Nous avons étudié expérimentalement l'influence des conditions opératoires sur la stabilité de l'écoulement polyéthylène/polystyrène. Nous avons ensuite développé une analyse de stabilité linéaire aux ondes longues pour une loi de comportement de White-Metzner. Cette analyse a donné des résultats cohérents avec l'expérience dans certaines situations et des résultats mitigés voire contradictoires dans d'autres. Nous avons alors montré que l'instabilité était de nature convective. Nous avons utilisé à cet effet deux montages de coextrusion originaux: une filière d'essais industriels de très grande longueur démontable et une filière de laboratoire transparente qui nous permet d'observer en temps réel le développement de l'instabilité le long de l'écoulement. Nous avons alors développé deux outils numériques pour rendre compte de ces instabilités convectives: une modélisation directe, utilisant pour les deux polymères une loi de comportement de Maxwell et une étude de stabilité linéaire spatiale pour une loi de comportement de White-Metzner. Cette dernière étude nous a permis de rendre compte de l'essentiel des phénomènes observés. Nous avons alors montré qu'une telle étude permet de déterminer, pour une couple de produits donnés, l'incidence des conditions opératoires sur l'apparition d'instabilités interfaciales.
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Teinturier, Samuel. "Dynamique et stabilité de tourbillons océaniques en interaction avec la cote ou la topographie." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2008. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00430962.
Анотація:
Les tourbillons et les écoulements méso-échelles océaniques contribuent de façon importante au transport de masses d’eau et de chaleur dans l’océan. La compréhension de leurs dynamiques, et de leurs interactions avec la topographie, est primordiale, pour caractériser les échanges thermohalins, le déplacements d’espèces biologiques ou de polluants. En particulier, les courants et tourbillons de surface, situés dans les cent ou deux cents premiers mètres de profondeur, jouent un rôle capital dans les échanges entre la zone côtière et la zone hauturière. Cette thèse porte sur la modélisation expérimentale idéalisée de deux phénomènes pouvant participer activement aux échanges horizontaux et verticaux dans la couche supérieure océanique. Les sillages d’îles peuvent être le lieu d’instabilités fortes dans les zones anticycloniques de l’écoulement. Des expériences ont été réalisées sur la Plateforme Coriolis (LEGI) à Grenoble, pour identifier les régimes dynamiques de ces instabilités. Ce dispositif (13 mètres de diamètre) a permis d’atteindre de faibles rapports d’aspects géométriques, tout en travaillant avec un dispositif couche-mince. Des visualisations avec colorants et des mesures du champ de vitesse horizontal par intercorrélation de particules ont été réalisées, afin d’étudier la sensibilité des instabilités dans les anticyclones pour différentes gammes de nombres de Reynolds et de Rossby. Nous montrons que ces instabilités sont présentes dès la couche limite anticyclonique, autour de l’île. L’autre partie de ce travail concerne la dynamique d’un tourbillon de surface, en interaction avec la côte ou le talus océanique. Des mesures récentes (campagne EGYPT-1) nous ont permis de mesurer la dérive particulière d’un anticyclone de surface le long de la côte libyenne. Cette dérive vers l’est ne peut s’expliquer par la simple prise en compte de l’effet beta ou de l’effet miroir le long de la côte. Des expériences idéalisées sont menées sur la table tournante de l’ENSTA, afin de modéliser de façon simple l’interaction d’une côte ou d’un talus sur la dynamique d’un anticyclone, à la surface d’un dispositif bi-couche. La vitesse de ce tourbillon de surface voit notamment sa dérive doubler lorsqu’il se trouve initialement à la base de la pente, montrant ainsi l’existence d’une rétroaction possible de la couche du fond sur la dynamique de la couche de surface.
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Guénanff, Ronan. "Couplage instationnaire Navier-Stokes/Euler pour la génération et le rayonnement des sources de bruit aérodynamique." Rennes 1, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00068113.
Анотація:
La simulation numérique de la prévision du bruit aérodynamique par la résolution numérique des équations de Navier-Stokes demeure hors de portée des supercalculateurs pour les configurations industrielles. Le calcul aérodynamique local doit être relayé par une méthode de propagation acoustique en écoulement inhomogène. La résolution numérique des équations d'Euler en perturbation , discrétisée par une méthode des différences finies d'ordre élevé stabilisée, autorise cette propagation acoustique. Une interface curviligne d'ordre élevé, basée sur une interpolation de Lagrange, facilite le couplage Simulation des Grandes Echelles/ Euler. Cette méthode numérique a été appliquée à l'étude du rayonnement de sources de bruit de la cavité du bec d'une aile hypersustentée et à la prévision du bruit rayonné par l'écoulement turbulent autour d'une plaque plane à bord de fuite tronqué
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Charru, François. "Stabilite d'une interface entre deux fluides visqueux." Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT054H.
Анотація:
L'ouvrage consiste en une etude theorique et experimentale des ondes a l'interface de deux fluides visqueux. Apres avoir expose les idees essentielles de la theorie des systemes dynamiques et des bifurcations, sont presentes quelques resultats de stabilite non lineaire d'une interface entre deux fluides. Cette presentation est structuree autour de la notion d'equation-modele permettant d'etablir des liens avec d'autres domaines de la physique. L'etude theorique concerne la stabilite de l'interface entre deux fluides visqueux en ecoulement de couette-poiseuille. Il est etabli par une methode de perturbation une equation non lineaire d'evolution de perturbations interfaciales de grande longueur d'onde. Cette equation contient l'equation de kuramoto-sivashinsky, mais comporte d'autres non-linearites dont l'interet est discute. Le calcul de la forme normale de l'equation differentielle correspondant a des ondes se propageant sans se deformer permet de montrer l'existence de solutions periodiques quasi-periodiques et de chocs. L'etude experimentale est realisee sur une installation originale d'un ecoulement de couette d'huile et de glycerine dans un canal annulaire. Deux types d'ondes se manifestent. La premiere onde, de grande longueur d'onde, correspond a une instabilite sous-critique de l'ecoulement lisse. La seconde est de nature supercritique et correspond a une bifurcation de hopf. La nature particuliere de l'ecoulement en tore engendre des phenomenes interessants de creation-annihilation de longueurs d'ondes
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Duffaut, Yvan. "Calcul des modes d'oscillations d'un liquide dans un réservoir de satellite stabilisé par rotation." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066813.
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Guimbard, David. "L'instabilité elliptique en milieu stratifié tournant." Phd thesis, Toulon, 2008. https://theses.hal.science/tel-00436895/fr/.
Анотація:
Une étude théorique et expérimentale de la stabilité de tourbillons elliptiques est menée à terme dans la présente étude. On analyse dans un premier temps la stabilité de tourbillons lagrangiens instationnaires non uniformes avec un formalisme courte longueur d'onde de type WKB. Il apparait alors que le mécanisme de déstabilisation de ces tourbillons est le même que celui déstabilisant un tourbillon elliptique uniforme. Ce résultat montre ainsi que l'instabilité elliptique est un mécanisme universel de déstabilisation 3D de tourbillons 2D. Dans un deuxième temps est étudié théoriquement et expérimentalement la stabilité de tourbillons elliptiques confinés dans un fluide stratifié en rotation. Le dispositif expérimental permettant cette étude est constitué d'un cylindre en rotation (rempli d'un fluide stratifié en densité suivant la verticale), déformé elliptiquement par deux rouleaux fixes, le tout étant solidaire d'une table elle aussi en rotation. En faisant varier les différents paramètres de notre expérience (la fréquence de Brünt-Väisälä Nb et la vorticité absolue Ta, les deux grandeurs étant adimensionnées par le taux relatif de rotation des particules fluides), nous avons observé que la stratification et la rotation ont une contribution antagoniste sur la stabilité d'un tourbillon elliptique. Ainsi si la stratification est suffisamment forte (Nb > 1), nous observons que seuls les anticyclones (tels que |Ta| < 1) sont instables. Les cyclones étant toujours stables. Par ailleurs si la stratification est faible (Nb < 1), les zones d'instabilité s'inversent. Finalement les longueurs d'ondes ainsi que les taux de croissance des modes, mesurés par analyse d'images, sont en bon accord avec les prévisions théoriquesA theoretical and experimental study of the stability of elliptical vortex in rotating stratified flows is completed in the present study. Firstly, we analyze the stability of a Lagrangian unsteady non-uniform vortices with a shorter wavelength WKB type formalism. It appears that the mechanism of destabilization of these eddies is the same as the one destabilizinga elliptical uniform vortex. This result shows that the elliptical instability is a universal 3D mechanism of destabilization 2D vortex. In a second time, is theoretically and experimentally studied the stability of elliptical eddies confined in a stratified fluid in rotation. The experimental device allowing the study consists of a rotating cylinder (filled with a stratified fluid in density following the vertical), elliptical distorted by two rolls fixed, all united by a panel also rotating. By varying the parameters of our experience (the frequency of Brunt-Väisälä Nb and the absolute vorticity Ta, the two quantities are non dimensional by the relative rate of rotation of fluid particles), we observed that the rotation and the stratification have antagonist contribution to the stability of elliptical vortices. Thus, if the stratification is sufficiently strong (Nb > 1), we observe that only anticyclones (such as |Ta| < 1) are unstable. Cyclones will remain still stable. Moreover, if the stratification is low (Nb < 1), areas of instability reversed. Finally, the wavelengths are in good agreement with theoretical predictions
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Boniface, Paul. "Instabilité de Kelvin-Helmholtz et allée de Bénard-von Karman en géométrie rectangulaire confinée." Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077049.
Анотація:
L'instabilité de Kelvin-Helmholtz peut apparaître au sein d'une phase liquide continue lorsque le champ de vitesses de l'écoulement présente un point d'inflexion ou à l'interface entre deux fluides s'écoulant à des vitesses différentes. Ce phénomène eet son mécanisme ont été largement étudiés depuis leur mise en évidence au XIXe siècle, mais très peu d'études ont été effectuées dans des géométries confinées, où le développement de l'instabilité est limité, et fermées, où sa convection est impossible. Dans une cuve rectangulaire nous avons entraîné partiellement par sa surface et en son centre une couche d'eau, à l'aide d'un tapis ou d'une corde en mouvement. Selon les paramètres de l'expérience, l'écoulement peut prendre plusieurs formes. A faible vitesse d'entraînement, le retour du fluide se fait principalement par le fond de la cuve tandis que le tapis entraîne toute la surface sur ses côtés. A vitesse élevée, le retour du fluide se fait latéralement ; entre l'entraînement par le tapis et la recirculation latérale, le fort cisaillement peut créer des instabilités de Kelvin-Helmholtz, de part et d'autre du tapis, pouvant sous certaines conditions se coupler et former une allée de vortex dont les propriétés géométriques ne dépendent que du confinement latéral. On retrouve des allées de vortex de Bénard-von Karman, sans le forçage traditionnel par un obstacle placé dans l'écoulement. Il a été montré qu'une de ces allées sont stabilisées par le confinement : une bande de stabilité continue prédite par Rosenhead remplace la condition unique de stabilité prédite par von Karman. Nos expériences sont une des premières vérifications expérimentales de cette prédictionThe Kelvin-Helmholtz instability and its mechanism can be observed when a flow velocity field has an inflexion point, or at the interface between two flows with different velocities. This phenomenon has been widely investigated during the past century, but very few studies have explored it in a confined geometry, where the instability development is limited, or in a closed geometry, where it cannot be advected. We partially dragged the central surface of a rectangular tank filled with water, using a tape or a rope. Depending on the experiment parameters, the flow showed different patterns. At the slowest velocities, the free surfàce on the lateral sides of the tape is dragged in the tape direction and the fluid recirculation occurs mostly at the bottom of the tank. For faster velocities, this recirculation becomes mostly lateral, while the fluid under the belt is dragged. Then, the shear between these two flows leads to a Kelvin-Helmholtz¬like instability. Under some conditions, the vortices developing on each side of the belt can be coupled and a stable vortex street can appear. It has been shown that the only parameter that has an influence on the geometric properties of the street is the lateral confinement of the flow. We observe a confined Bénard-von Kârmân vortex street created without the classic use of a blunt body in a parallel flow. Rosenhead predicted that this street is stabilized by the confinement as that in this case there is a band of stability instead of the classical unique stability condition predicted by von Karman in a plane. Our experiment is one of the first experimental confirmations of the old theoretical prediction of Rosenhead
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Flachard, Laurent. "Étude de contraintes et qualification de modèles aux tensions de Reynolds." Toulouse, ENSAE, 2000. http://www.theses.fr/2000ESAE0015.
Анотація:
Cette étude traite des prévisions des modèles de turbulence transportant directement le tenseur de Reynolds. Ces modèles sont appelés Reynolds Stress Model (RSM). Après avoir rappelé les bases de la modélisation RSM, les modèles sont étudiés dans des écoulements d'une complexité croissante. Ce mémoire commence ainsi par l'étude des modèles RSM en turbulence homogène, aborde ensuite les écoulements inhomogènes et s'achève par le cas de la couche limite soumise à un gradient de pression positif. En écoulement homogène et inhomogène, diverses configurations sont prises en compte. Les modèles sont qualifiés aussi bien analytiquement que numériquement. Le cas de la couche limite soumise à un gradient de pression positif présente un réel intérêt industriel en permettant de simuler le comportement de la couche limite avant son décollement. Certaines propriétés des couches limites sont d'abord identifiées. Par des analyses théoriques, chacune de ces propriétés est traduite en contrainte mathématique que la modélisation devra respecter. La pertinence de chaque théorie est ensuite démontrée numériquement. Ceci nous permet de qualifier les modèles sélectionnés. Une méthode d'obtention de modèle RSM vérifiant tous les comportements physiques est alors mise en place. Elle débouche sur un modèle simple donnant de bons résultats sur la diversité des écoulements étudiés.
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Airiau, Christophe. "Stabilité linéaire et faiblement non linéaire d'une couche limite laminaire incompressible par un système d'équations parabolisé (PSE)." Toulouse, ENSAE, 1994. http://www.theses.fr/1994ESAE0023.
Анотація:
Les équations de stabilité sont parabolisées dans la direction x longitudinale de l'écoulement (équations PSE). A la théorie classique, locale, linéaire parallèle d'Orr-Sommerfeld, est substitué un problème d'évolution résolu par une simple marche en x. Cette nouvelle approche permet de traiter simplement et simultanément les effets non parallèles et les effets faiblement non linéaires. En théorie linéaire, après des comparaisons avec la théorie parallèle, la méthode des échelles multiples, des résultats expérimentaux et avec des Simulations Numériques Directes (DNS), on trouve des effets non parallèles importants pour des perturbations et des écoulements moyens tridimensionnels. En théorie faiblement non linéaire, les résonances fondamentale et subharmonique sont obtenues pour des couches limites bidimensionnelles. On montre que les PSE sont en accord avec les expériences, la théorie de l'instabilité secondaire, et les DNS, pour les écoulements de similitude de Falkner-Skan. L'état de saturation en amplitude des perturbations instationnaires ainsi que l'augmentation du coefficient de frottement près du début de la transition sont ainsi mis en évidence. Enfin, l'approche PSE est appliquée sur des expériences faites au CERT-ONERA, pour des écoulements de couche limite quelconques avec de forts gradients de pression.
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Nicoud, Edouard. "Quantification de la stabilité de la combustion dans les moteurs essence à injection directe par simulation aux grandes échelles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC062.
Анотація:
L’industrie automobile se trouve aucentre des préoccupations environnementalesactuelles. Les moteurs essence à injection directeopérés en condition pauvres offrent un fortpotentiel en terme de réduction des émissions depolluants. En contrepartie, ils sont sujets à uneforte variabilité cyclique de combustion (CCV)qui ne peut être que partiellement étudiéeexpérimentalement. La simulation aux grandeséchelles (SGE) apparait comme une approchenumérique adaptée pour étudier de telsphénomènes, du fait de sa capacité naturelle àcapter les phénomènes instationnaires. Laprésente thèse se propose d’une part d’estimer lacapacité de la SGE à reproduire les CCVobservées expérimentalement, et d’autre part decontribuer à une meilleure compréhension deleur apparition. Dans ce contexte, un effortparticulier est mis sur la modélisation desphénomènes proche paroi. En particulier, unmodèle de paroi adapté à l’étude del’aérodynamique interne de configurationindustrielles est proposé. Il est validé sur desconfigurations de complexités variées. Enfin,l’étude porte sur le cas du moteur M256 qui estétudié en s’appuyant sur une solide base dedonnées expérimentales. Les causes de CCV sontexplorées, et notamment, l’impact de lavariabilité de l’écoulement généré pendant laphase d’admission sur la propagation du front deflamme est clarifiéThe automotive industry finds itselfat the center of current environmental concerns.Modern direct injection engines, operated underlean condition have the potential to reducepollutant emissions. As a drawback, they aresubject to large cyclic combustion variability(CCV), that can be explained only partially byexperimental measurements. Large-EddySimulation (LES) appears as an adapted tool tocomplement experiments, due to its naturalability to capture unsteady phenomena. Thepresent PhD thesis first aims at reproducing theCCV, and at contributing achieving a betterunderstanding of their occurrence.In this context, a special effort is put on thereproduction of near-wall phenomena, throughthe proposal of a new wall boundary conditionthat is validated on cases of differentcomplexity. Then the focus is put on the M256case, for which an extensive experimentaldatabase is available. The causes of CCV areexplored, and in particular, the impact of thevariability of the intake flow on the flame frontpropagation is clarified
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Allery, Cyrille. "Contribution à l'identification des bifurcations et à l'étude des écoulements fluides par des systèmes dynamiques d'ordre faible (P. O. D. )." Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2319.
Анотація:
Motivés par la modélisation de la réduction de bruits auto-entretenus, nous avons testé et développé différentes méthodes numériques. Elles permettent l'identification de bifurcations stationnaires dans les écoulements fluides présentant des phénomènes d'attachement d'un jet à une paroi par effet Coanda, et la prédiction de la dynamique de ces écoulements. Ces techniques, à savoir la Méthode Asymptotique Numérique (MAN), des simulations aux grandes échelles et un système dynamique d'ordre faible (SD) obtenu par décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD), présentent des degrés de performance différents selon les configurations étudiées: expansion brusque, cavité ouverte, diffuseur long Afin d'améliorer la prédiction de SD, plusieurs méthodes de stabilisations sont testées et on propose une méthode de correction qui prend en compte le fait que le champ de vitesses issu des simulations LES n'est pas le champ physique mais le champ filtré. Pour s'affranchir du terme de pression apparaissant dans SD, on propose une formulation du problème en contrainte associée à une méthode de pénalisationIn this report we have tested and developed various numerical methods. They allows the identification of stationary bifurcations in the fluid flows characterized by the attachment of a jet to a wall by Coanda effect, and the prediction of the dynamic of these flows. These methods, which are the Asymptotic Numerical Method (MAN), Large Eddy Simulations and a low order dynamical system (DS) obtained by proper orthogonal decomposition (POD), are applied to various geometries : sudden expansion, opened cavity, long diffuser. . . In order to increase the prediction of DS, some methods of stabilizations are tested and we suggest a method of correction which take account that the velocity field derived from the LES is not the physical field but the filtered field. In order to avoid the pressure term in the DS we propose to use a stress formulation with a penalization method
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Kitsios, Vassili. "Recovery of fluid mechanical modes in unsteady separated flows." Poitiers, 2010. http://www.theses.fr/2010POIT2292.
Анотація:
This study is concerned with the recovery of fluid mechanical modes that can be used to describe the physical properties of unsteady separated flows. The flow configuration of interest is a spanwise homogeneous NACA 0015 airfoil with leading edge laminar separation and turbulent recirculation. An in-depth understanding of the unsteady flow dynamics and fluid mechanical stability properties, can assist in the future development of more efficient separation control strategies. In order to provide a richer understanding of the physics, the flow fields are numerically generated, and characterised at various key Reynolds numbers leading up to the target turbulent case. Proper Orthogonal Decomposition modes are recovered to most efficiently represent the unsteady scales of motion, and linear stability modes are sought to identify how a perturbation will evolve in this unsteady environment. The generation of the Proper Orthogonal Decomposition modes can require very large amounts of data, and the current study presents a means of recovering these modes using parallel computation. To enable the stability analysis, a means of performing the calculation in steady two-dimensional flows of semi-complex geometry has been developed. The corrections required to perform the stability analysis in unsteady turbulent flows has also been identified by using a non-linear eddy viscosity model to close the triple decomposition stability equations. It is intended that the means of recovering these fluid mechanical modes can assist in the future development of reduced order models necessary for the control of unsteady separated flowsCette étude s’intéresse à la détermination de modes pouvant être utilisés en mécanique des fluides pour décrire les propriétés physiques d'écoulements instationnaires décollés. La configuration d'écoulement qui nous intéresse est un profil d'aile NACA 0015 transversalement homogène caractérisé par un décollement laminaire au bord d'attaque et une zone de recirculation turbulente. Comprendre en profondeur la dynamique instationnaire de l'écoulement et ses propriétés de stabilité peut aider à améliorer l'efficacité de futures stratégies de contrôle de décollement. Afin de mieux appréhender la physique, l'écoulement est d’abord simulé puis caractérisé pour plusieurs valeurs du nombre de Reynolds allant jusqu’au régime turbulent. On retrouve alors que les modes obtenus par décomposition orthogonale aux valeurs propres (Proper Orthogonal Decomposition) représentent de manière efficace les échelles instationnaires du mouvement. Par ailleurs, les modes de stabilité linéaire sont recherchés afin d'identifier comment une perturbation évolue dans un environnement instationnaire. La détermination des modes de Proper Orthogonal Decomposition pouvant nécessiter une grande quantité de données, cette étude présente un moyen de les évaluer par calcul parallèle. Pour permettre l'analyse de stabilité, il a fallu développer des programmes permettant de réaliser les calculs pour un écoulement stationnaire bidimensionnel en géométrie semi-complexe. Les corrections nécessaires pour effectuer l'analyse de stabilité dans des écoulements turbulents instationnaires ont aussi été identifiés en utilisant un modèle de viscosité tourbillonnaire non linéaire pour fermer les équations de stabilité en décomposition triple. La détermination de ces modes en mécanique des fluides doit aider le développement futur de modèles réduits nécessaires au contrôle d'écoulement instationnaire décollé
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Dussillols, Laurent. "Calculs de stabilité et transition sur des configurations hypersoniques complexes." Toulouse, ENSAE, 1999. http://www.theses.fr/1999ESAE0001.
Анотація:
Les travaux présentés dans cette thèse traitent de la transition laminaire-turbulent de la couche limite hypersonique, sans effet de gaz réels, en écoulement tridimensionnel. Au préalable, nous avons comparé les différences entre la théorie d'Orr-Sommerfeld et l'approche non locale (PSE) sur un cône sans incidence, et montré que les effets non parallèles sont d'autant plus importants que les ondes d'instabilité sont obliques. La méthode eN, couplée à l'approche locale, a été largement exploitée afin de comprendre les mécanismes responsables de la transition à grand nombre de Mach. Ainsi, sur deux configurations tridimensionnelles principales (cône et aile delta, avec ou sans incidence), les confrontations antre les résultats numériques et les expériences réalisées en soufflerie amènent à dire que ce sont différentstypes d'instabilité qui pilotent la transition sur une même géométrie. Dans le cas du cône avec incidence, où les calculs ont été effectués en tenant compte de la courbure des lignes de courant, les ondes instables du premier mode - dont la direction de propagation fait un angle d'environ 60° avec l'écoulement extérieur - peuvent, au voisinage des génératrices supérieure et inférieure, être tenues pour responsables du changement de régime de la couche limite laminaire. Entre ces deux génératrices, c'est une instabilité dite "mixte" (un mélange du premier mode et de l'instabilité transversale, engendrée par le caractère tridimensionnel de l'écoulement) qui provoque certainement l'apparition de la turbulence. Les expériences menées sur l'aile delta ont démontré que l'émoussement du bord d'attaque et l'incidence provoquaient una avncée de la ligne de transition par rapport au cas "bord d'attaque aigü sans incidence". Les calculs de stabilité et l'utilisation de la méthode eN ont été plus délicats à mener que dans le cas du cône, mais les résultats obtenus sont encourageants et les corrélations numérique / expérience sont assez bonnes. Il y a création d'une forte instabilité transversale lorsque le bord d'attaque est émoussé, et cette dernière devient responsable de la transition, alors que dans les cas sans émoussement et avec incidence, c'est l'instabilité "mixte" (comme sur le cône) qui déclenche le changement de régime de la couche limite.
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Fosas, De Pando Miguel Ángel. "Génération d'ondes acoustiques à fréquences discrètes autour d'un profil d'aile : analyse de stabilité globale." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00816987.
Анотація:
La génération de fréquences discrètes dans l'écoulement autour d'un profil d'aile est étudiée dans cette thèse au moyen de simulations numériques non-linéaires et d'études de stabilité globale. À cette fin, un code numérique mettant en œuvre une nouvelle technique pour accéder à la dynamique linéaire, directe et adjointe, a d'abord été développé et ensuite appliqué à l'écoulement autour d'un profil. Les simulations non-linéaires confirment l'apparition de fréquences discrètes dans le spectre sonore, et pour le cas considéré, l'analyse de stabilité globale de la dynamique linéaire de l'écoulement moyen montre que celle-ci est stable. Cependant, la réponse de l'écoulement à des perturbations incidentes révèle de fortes croissances transitoires amenant à l'établissement de cycles de rétroaction aéroacoustique. Ces cycles comprennent la croissance des instabilités hydrodynamiques dans les couches limites sur l'intrados et l'extrados ainsi que leurs interactions avec les radiations acoustiques du bord de fuite. Les processus associés à l'apparition des fréquences discrètes dans le spectre sonore ainsi que les cycles de rétroaction sont ensuite mis en relation avec les modes globaux les moins stables: d'un coté, la structure spatiale des modes directs montre la croissance des instabilités hydrodynamiques sur l'extrados et la zone du sillage proche du bord de fuite; d'un autre coté, les modes adjoints associés présentent l'intrados comme la zone la plus réceptive à des perturbations externes. Finalement, l'analyse de la région dite du wavemaker indique, en accord avec les expériences, le rôle fondamental de la couche limite sur l'intrados.
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Bissen, Edouard. "Semi-analytical methodology for stability and bifurcation analysis in a low pressure boiling channel for GEN4 SFR safety R&D on two-phase flow limit cycles." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0417.
Анотація:
L'objectif de l'étude entreprise dans ce travail vise à mieux comprendre le comportement fortement non-linéaire d'écoulements di-phasiques (liquide-vapeur). L'établissement de diagrammes de bifurcation pour des configurations académiques simples (écoulements dans un tube cylindrique vertical, chauffé à sa paroi) constitue donc une première étape importante pour la mise en oeuvre de notre approche numérique. Pour parvenir à cet objectif, nous avons développé une approche méthodologique, que nous pensons être assez originale dans ce domaine, puisqu'elle s'appuie sur une méthode de résolution semi-analytique des équations simplifiées du problème (modèle de drift mono-dimensionnel). La méthode de continuation implémentée repose sur la méthode asymptotique numérique, qui nous permet de calculer avec une bonne efficacité numérique (bonne précision et faibles temps de calculs) les solutions stationnaires de l'écoulement de base sur toute la plage d'intérêt (mono-phasique liquide, diphasique liquide-vapeur, mono-phasique vapeur). Lorsque la branche de solutions stationnaires est ainsi calculée, nous procédons ensuite à une analyse linéaire de stabilité, seule partie dans laquelle une quelconque étape linéarisation est introduite. Le modèle est ensuite utilisé pour conduire des études paramétriques permettant de mettre en lumière les paramètres les plus influents sur la stabilité des écoulements, facilitant la compréhension physique des mécanismes en jeuxThe objective of the study undertaken in this work is to better understand the highly non-linear behaviour of two-phase flows (liquid-vapour). The establishment of bifurcation diagrams for simple academic configurations (flows in a vertical cylindrical tube, heated at its wall) is therefore an important first step in the implementation of our numerical approach. To achieve this objective, we have developed a methodological approach, which we believe is quite original in this field, since it is based on a semi-analytical method of solving the simplified equations of the problem (one-dimensional drift model). The implemented continuation method is based on the numerical asymptotic method, which allows us to calculate with good numerical efficiency (good accuracy and low computation times) the stationary solutions of the base flow over the entire range of interest (liquid single phase, liquid-vapour two phase, steam single phase). When the branch of stationary solutions is calculated in this way, we then carry out a linear stability analysis, the only part in which any linearization step is introduced. The model is then used to conduct parametric studies to highlight the most influential parameters on flow stability, facilitating the physical understanding of the mechanisms at play
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Guimbard, David. "L'instabilité elliptique en milieu stratifié tournant." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436895.
Анотація:
Une étude théorique et expérimentale de la stabilité de tourbillons elliptiques est menée à terme dans la présente étude. On analyse dans un premier temps la stabilité de tourbillons lagrangiens instationnaires non uniformes avec un formalisme courte longueur d'onde de type WKB. Il apparait alors que le mécanisme de déstabilisation de ces tourbillons est le même que celui déstabilisant un tourbillon elliptique uniforme. Ce résultat montre ainsi que l'instabilité elliptique est un mécanisme universel de déstabilisation 3D de tourbillons 2D. Dans un deuxième temps est étudié théoriquement et expérimentalement la stabilité de tourbillons elliptiques confinés dans un fluide stratifié en rotation. Le dispositif expérimental permettant cette étude est constitué d'un cylindre en rotation (rempli d'un fluide stratifié en densité suivant la verticale), déformé elliptiquement par deux rouleaux fixes, le tout étant solidaire d'une table elle aussi en rotation. En faisant varier les différents paramètres de notre expérience (la fréquence de Brünt-Väisälä Nb et la vorticité absolue Ta, les deux grandeurs étant adimensionnées par le taux relatif de rotation des particules fluides), nous avons observé que la stratification et la rotation ont une contribution antagoniste sur la stabilité d'un tourbillon elliptique. Ainsi si la stratification est suffisamment forte (Nb > 1), nous observons que seuls les anticyclones (tels que |Ta| < 1) sont instables. Les cyclones étant toujours stables. Par ailleurs si la stratification est faible (Nb < 1), les zones d'instabilité s'inversent. Finalement les longueurs d'ondes ainsi que les taux de croissance des modes, mesurés par analyse d'images, sont en bon accord avec les prévisions théoriques.
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Arbie, Muhammad Rizqie. "Stability of self-propelled body wake." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4754/document.
Анотація:
La nageoire caudale des animaux aquatiques peut être modélisée par un foil oscillant qui produit de la poussée. Le sillage moyen d'un tel foil oscillant est un jet de quantité de mouvement nette positive. Il a été proposé que les caractéristiques de stabilité de ces sillages moyens sont liées à l'efficacité de la propulsion des animaux aquatiques. Dans cet étude, nous reprenons cette question en tenant compte à la fois de la poussée et de la traînée exercée sur un corps auto-propulsé lorsqu'il nage. Nous étudions la stabilité d'une famille de sillages ayant une quantité de mouvement nulle, construit comme l'approximation d'Oseen d'un doublet de force se déplaçant à vitesse constante. En effectuant une analyse de stabilité locale, nous montrons d'abord que ces sillages subissent une transition convectif-absolu. En utilisant une approche "time-stepper" et intégrant le système de Navier-Stokes linéarisé, nous étudions la stabilité globale et mettons en évidence des effets non-parallèles de l'écoulement principal, ainsi que le rôle de la région absolument instable dans l'écoulement. Pour compléter le scénario d'instabilité globale, nous abordons l'évolution non linéaire d'une perturbation injectée dans le sillage. Ces résultats sont ensuite discutés dans le contexte de la nage d'un animal aquatique. Selon les résultats de stabilité, les sillages de quantité de mouvement nulle produit par les animaux aquatiques sont généralement stables, tandis que le sillage qui correspondrait à la poussée seule est instable. Il est essentiel de considérer toutes les forces exercées sur un animal auto-propulsé lors de l'examen de la stabilité de son sillage et l'efficacité de sa propulsionThe caudal fin of swimming animals can be modelled as a thrust-producing flapping foil. When considered alone, such a foil produces on average a jet wake with a positive net momentum. It has been argued that the instability characteristics of these averaged wakes are linked to the propulsion efficiency of swimming animals. Here, we reconsider this question by taking into account both the thrust and the drag exerted on a self-propelled swimming body. To do so, we study the stability of a family of momentumless wakes, constructed as the Oseen approximation of a force doublet moving at constant velocity. By performing a local stability analysis, we first show that these wakes undergo a transition from absolute to convective instability. Then, using the time-stepper approach by integrating the linearised Navier-Stokes system, we investigate the global stability and reveal the influence of a non-parallel base flow as well as the role of the locally absolutely unstable upstream region in the wake. Finally, to complete the global scenario, we address the nonlinear evolution of the wake disturbance. These results are then discussed in the context of aquatic locomotion. According to the present stability results, the momentumless wake of aquatic animals is generally stable, whereas the corresponding thrust part is unstable. It is therefore essential to consider all forces exerted on a self-propelled animal when discussing its wake stability and its propulsion efficiency
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Bonne, Nicolas. "Stabilité de l'intéraction onde de choc/ couche limite laminaire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX025/document.
Анотація:
Le phénomène d’interaction onde de choc/couche limite (CL) est omniprésent en aérodynamique. De manière générale, il génère des oscillations basses fréquences qui peuvent être néfastes pour les machines. L’exemple typique est le tremblement de l’onde de choc sur profil d’aile en régime transsonique, dangereux car il peut exciter les modes de structure de l’aile et potentiellement la rompre. Ce type de phénoménologies a été largement étudié en condition de CL amont turbulente, ce qui a donné lieu à des scénarios physiques crédibles et des méthodologies d’étude efficaces, notamment les analyses de stabilité sur champs turbulents moyennés (RANS). Toutefois la technologie laminaire, c’est-à-dire l’utilisation de CL laminaires en vue de réduire la consommation des aéronefs représente un nouveau challenge scientifique sur cette problématique. La physique est en effet fortement impactée par la nature laminaire de la CL, notamment du fait de la faible résilience de celle-ci aux gradients de pression adverses et à la transition turbulente. Cette thèse a ainsi porté les méthodes d’analyse de stabilité sur champ RANSpour les situations de CL laminaire. L’originalité et l'apport de l’étude résident dans la prise en compte des modèles de transition dans l’approchelinéarisée sur champ RANS. Les modèles utilisés (RANS et transition) ont donc été linéarisés afin de réaliser des études de stabilité en perturbant toutes les variables aérodynamiques. La validation de la méthode a été réalisée par comparaison avec des résultats expérimentaux et de simulation (LES) sur deux conifurations d'application. La première configuration est le cas de la réflexion d’un choc oblique sur une plaque plane. La deuxième est celle du choc droit à l’extrados d’un profil en condition transsonique. Ces deux cas sont en condition de CL laminaire à l'amont du choc.Des analyses de stabilité et de résolvent ont été réalisées.Ces approches ont permis de caractériser le comportement d’oscillateur/amplificateur des écoulements en question et d'analyser la physique des instationnarités observées dans les expériences.Le cas de la réflexion de choc est caractérisé par trois fréquences. L'analyse de stabilité montre que celles-ci ne correspondent pas à des modes globaux instables mais à une dynamique d'amplificateur de l'écoulement. L'analyse de résolvent identifie bien ces trois fréquences. L’analyse des réponses optimales, couplée à une analyse de stabilité locale, a ensuite permis de proposer des scénarios physiques de ces dynamiques.Dans le cas du choc droit sur profil en régime transsonique, l'écoulement apparaît globalement instable. Deux modes d'instabilité sont identifiés. Le premier à basse fréquence correspond au phénomène de tremblement observé en conditions turbulentes. Le deuxième apparaît à plus haute fréquence, et correspond à un mode d'oscillation de la bulle de séparation présente sous le pied de choc.Plus largement, la thèse permet de suggérer que certaines dynamiques dans ce type d’interaction procèdent de mécanismes similaires liés à la respiration de la bulle de séparation laminaireThe shock wave boundary layer (BL) interaction phenomenon is ubiquitous in aerodynamic. In general this interaction generates some low frequency oscillations which can be disastrous for the machines. The typical example is the buffet phenomenon on an airfoil in transonic conditions. Buffet is dangerous since its low frequency can excite the structural modes of the airfoil and break it. The phenomenology has been wildly studied when the incoming BL is turbulent. These studies have derived several credible scenarii and efficient methodologies to capture its dynamic, especially the stability analysis tools on an averaged turbulent flow (RANS). However laminar technologies, the use of laminar BL to reduce the fuel consumption of planes, represent a new scientific challenge on this problematic. In fact, the physic of the interaction is importantly impacted by the laminar nature of the BL especially because of its weak resilience to an adversed pressure gradient and of the transition to turbulence.The thesis deals with the methodologies for the stability analysis on a RANS base flow in the case of a laminar BL. The originality and the contribution of this work have been to take into account a transition criteria in the linearised dynamic on a RANS base flow. The model used (RANS and transition) have then been linearized in order to make a stability analysis which take into account all the aerodynamic varaibles. The validation of this methodology has been made by comparison to expermient and simulation (LES) on two configurations of application. The first one is a weak reflected shock wave on a flat plate. The second one is the strong shock around an airfoil in a transonic regime. In both cases the incoming BL is laminar.Stability and resolvent analysis have been made. These approches have been able to caratirized the ocillator/noise amplifier behavior of the flow and to enabled a physical analysis of the unsteadinesses observed in the experiments.The case of the reflected shock wave is caracterized by three frequencies. The stability analysis shows that they don't correspond to globally unstable modes but to a noise amplifier behavior of the flow. The resolvent analysis identifies the three frequencies. The analysis of the optimal response, coupled with a local stability analysis, enables to proposed physical scenarii of these dynamics.In the case of the strong shock on an airfoil in transonic regime, the flow is globally unstable. Two unstable modes have been identified. The first one, at low frequency, correspond to the buffet phenomenon also observed in the turbulent case. The second one appears at higher frequency and correspond to the oscillation of the separation bubble formed at the feet of the shock.More generally, this thesis suggests that some dynamics of these two interactions result from the same mecanism linked to the breathing motion of the laminar separation bubble