| taille du texte : S-M-L |
| impression | intranet

Sujet de thèse : Analyse de la cascade d’énergie dans une couche limite turbulente décélérée

[ 02-05-2017 | proposition sujet thèse ]Sujet de thèse : Analyse de la cascade d’énergie dans une couche limite turbulente décélérée Ce sujet donne lieu au financement, par Centrale Lille, d’une allocation de recherche d’une durée de trois ans, attribuée sur concours.
Contacter le ou les Directeur(s) de thèse et préparer un dossier avant la date limite du 2 mai 2017.
Pour plus d’informations sur les conditions d'inscription en thèse, veuillez consulter le site de l’Ecole Doctorale régionale Sciences pour l'Ingénieur Lille Nord-de-France.
Directeur de thèse
Jean-Marc Foucaut
Co-Directeur de thèse
Christos Vassilicos

Descriptif
La couche limite turbulente (TBL) soumise à un gradient de pression défavorable (AGP) reste un défi très important pour l'ingénierie, les sciences de l'environnement ou de la vie. Ceci est particulièrement vrai pour la turbulence proche d'une surface solide. Or ces conditions sont présentes dans la plupart des problématiques liées au transport (automobile, ferroviaire, aéronautique ou même navale) et pour la production d’énergie (Eolienne). Pour être capable de prédire les efforts sur un objet (traînée et portance) et leurs fluctuations, et donc la puissance nécessaire et la stabilité des structures, il est fondamental d’être capable de bien modéliser l’écoulement turbulent autour de l’objet.
Tous les modèles de turbulence, qu'il s'agisse de RANS, URANS ou LES, considère que la turbulence est en équilibre selon la théorie de Kolmogorov (1941). La cascade d'équilibre de Kolmogorov (1941) a été une pierre angulaire de la modélisation et de la théorie de la turbulence depuis les années quarante. Par exemple, il justifie l’approche sous maille de modèle de Smagorinsky pour l'approche LES et les échelles de dissipation de turbulence utilisées dans les modèles de turbulence K-epsilon (et des autres approches de prédiction de la turbulence). Cependant, ces dix dernières années, des évidences expérimentale et numérique ont permis de montrer maintenant clairement qu'il n'y a aucune cascade d'équilibre de type Kolmogorov dans les écoulements turbulents tels que la turbulence produite par une grille, les sillages turbulents (Vassilicos ARFM 2015), les jets turbulents et même la DNS de turbulence périodique (Goto et Vassilicos PRE 2016).
L'APG TBL est d'une certaine façon une combinaison entre un écoulement de sillage et une couche limite turbulente. Il est maintenant important de vérifier si l'APG TBL est aussi une turbulence hors d'équilibre au sens de Kolmogorov comme les écoulements turbulents mentionnés ci-dessus. En fait, il y a déjà des indications très récentes (Nedic, Tavoularis et Marusic PRL 2017, article soumis en court d’évaluation) que la TBL sans gradient de pression (ZPG) est hors d’équilibre et que la dissipation de la turbulence dans la ZPG TBL obéit à la même mise à l’échelles hors d’équilibre trouvée dans la turbulence de grille, les sillages turbulents, les jets turbulents et la turbulence périodique. Les chances que l'APG TBL soit aussi hors d'équilibre au sens de Kolmogorov et obéissent aussi à la même mise à l’échelle hors d’équilibre apparemment universelle pour la dissipation de turbulence sont élevées. Le premier objectif de cette thèse sera donc de démontrer cela.
Le second objectif de cette recherche sera d'étudier les transferts d'énergie tant pour ce qui concerne la physique que la mise à l'échelle dans les cas des TBLs APG et ZPG en utilisant l'équation de Karman-Howarth-Monin-Hill (KHMH). Cette équation correspond à un bilan énergétique de la turbulence en sa formulation la plus générale datant d’environ 15 ans (Hill 2002) et qui commence maintenant à être utilisé dans la recherche en turbulence. Nous suivrons la méthodologie de Gomes-Fernandes, Ganapathisubramani & Vassilicos (JFM 2015) qui ont utilisé la vélocimétrie par images de particules (PIV) pour évaluer un certain nombre des termes de l'équation KHMH. Ils ont pu, de cette manière, clarifier les propriétés de la turbulence dans le champ proche de la turbulence produite par une grille où l’écoulement est au moins aussi inhomogène et anisotrope que dans l'APG TBL. L'équation KHMH offre la possibilité de mieux comprendre les transferts d'énergie l'inter-échelle et inter-spatiaux dans les écoulements turbulents complexes, ceci n'était pas possible jusqu'à il y a environ 15 ans ce qui est postérieur à la plupart voire à tous les modèles de turbulence actuel et les stratégies de prédiction développés.
Bénéficiant des nouvelles spécificités de la soufflerie du LML, qui est transparente sur 20 m et présente une épaisseur de couche limite de 30 cm à grand nombre de Reynolds, le but de la thèse est aussi de définir et conduire de nouvelles expériences pour examiner la physique de la turbulence dans l'APGTBL. Les techniques de mesure optique telles que la PIV résolue en temps ou à haute résolution seront mises en œuvre. Nous avons donc ici une occasion unique de développer des approches radicalement nouvelles de modélisation de la turbulence basées sur l'équation KHMH, la possibilité d'utiliser les méthodes PIV (Foucaut et Stanislas MST 2004, Foucaut et al MST 2014) à la soufflerie du LML et la nouvelle loi de dissipation de turbulence hors d’équilibre. En fait, la nouvelle loi de dissipation hors d’équilibre implique des nouvelles normalisations des profils de vitesses moyennes dans les jets et les sillages ainsi qu’une nouvelle mise à l’échelle des contraintes de Reynolds (par exemple. Dairay, Obligado et Vassilicos JFM 2015, Castro JFM FoF 2015). Les possibilités sont donc d'une grande portée et peuvent mener à un changement de paradigme dans les méthodes de prédiction et de contrôle des écoulements turbulents, ce qui très important dans les situations que l’on rencontre dans le transport.

Contact
Jean-Marc Foucaut, Tél. 03 20 33 71 60, jean-marc.foucaut@centralelille.fr