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Analyse et modélisation des interactions de la turbulence à petites échelles

type de publication      thèse HDR
date de publication 18-12-2012
auteur(s) Laval Jean-Philippe
jury M. Stanislas, P. Bontoux, E. Lamballais, J.C. Vassilicos, B. Dubrulle, E. Leriche, P. Sagaut
  
résumé Mes travaux de recherche ont été variés avec un fil conducteur qui est celui de la turbulence et plus particulièrement celui de la modélisation des petites échelles de la turbulence dans différentes configurations d'écoulements.
Mon activité principale a consisté à étudier la turbulence de paroi avec ou sans présence de gradient de pression en vu d'améliorer les modèles sous-mailles et le contrôle des écoulements décollés. Cette activité s'est appuyée sur une caractérisation fine des structures cohérentes dans la partie interne de la couche limite turbulente. L'analyse de données expérimentales PIV a permis de caractériser et de dimensionner les structures telles que les streaks (courants lents observés en très proche paroi) et les tourbillons mais également de proposer un modèle d'organisation de ces structures cohérentes. En parallèle de ces études expérimentales, nous avons réalisé des études numériques à l'aide de simulations numériques directes (DNS) d'écoulements au dessus d'une géométrie donnée reproduisant l'extrado d'un profil d'aile. Cette étude numérique, combinée avec une analyse détaillée des structures cohérentes, nous a permis de mettre en évidence une augmentation significative de l'instabilité du champ de vitesse au voisinage des streaks pour la turbulence de paroi soumise à un gradient de pression adverse. Cette analyse permet d'expliquer le phénomène de production très localisée d'énergie cinétique turbulente observé dans de nombreuses études expérimentales et numériques. Ces résultats, qui doivent être confortées par des études à plus grand Reynolds, sont susceptibles de remettre en cause le fondement de la plupart des modèles statistiques de la turbulence et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies de modélisation de la turbulence près d'une paroi. J'ai également travaillé sur la caractérisation de la performance de plusieurs modèles sous-mailles pour ce type d'écoulements turbulent avec à un fort gradient de pression adverse conduisant ou non à un décollement.
Ces travaux sur la modélisation numérique de la turbulence ont été mis à profit pour étudier, en lien avec les études expérimentales du laboratoire, la physique du contrôle de décollement. Une étude par simulation numérique des grandes échelles (LES) a permis de conforter et étendre les résultats des études expérimentales obtenus sur le contrôle de décollement par jets pulsés.
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