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Critères d'identification des structures cohérentes appliqués aux écoulements visco-élastiques turbulents dans un canal plan

type de publication      communication nationale avec actes publiés
date de publication 2013
auteur(s) Martins Ramon Silva; Pereira Anselmo Soeiro; Mompean Gilmar; Thompson Roney L.
  
conférence 48ème Congrès du Groupe Français de Rhéologie
     dates de 28-10-2013 à 30-10-2013
     lieu Nantes, France
     nom des actes Actes du 48ème Congrès du Groupe Français de Rhéologie
  
résumé Les écoulements turbulents présentent de nombreuses régions compactes et temporellement cohérentes connues génériquement sous l'appellation de 'structures cohérentes'. On sait par ailleurs que la taille des structures cohérentes augmente lorsqu'on dilue un polymère élastique dans un solvant newtonien. La compréhension de ces structures est fortement liée au concept de vortex, dont la définition fait encore aujourd'hui l'objet de polémiques au sein de la communauté scientifique. Notamment, le rôle joué par l'objectivité (l'invariance vis-à-vis du mouvement de l'observateur) dans la définition du vortex demeure une question largement ouverte. En revanche, les 4 critères usuels d'identification des structures cohérentes, à savoir les critères Q, Δ, λ 2 et λ ci , sont non-objectifs car ils utilisent tous le taux de rotation du fluide qui est une quantité dépendante de l'observateur. Dans le présent travail, nous proposons une redéfinition objective pour ces 4 critères classiques en utilisant le concept de taux de rotation relatif défini comme la différence entre le taux de rotation usuel et le taux de rotation des vecteurs propres du tenseur de déformation. Des analyses préliminaires sont effectuées sur l'écoulement d'Arnold-Beltrami-Childress (ABC) présentant un champ de vitesse analytique donné par des fonctions trigonométriques circulaires. Ensuite, les 8 critères sont appliqués aux champs de vitesses instantanés obtenus par simulation numérique directe d'écoulements newtoniens et visco-élastiques turbulents en canal plan. L'analyse sera ici menée pour 4 nombres de Reynolds frictionnels (Re τ = 180, 395, 590 et 1000), en mettant l'accent sur la différence entre critères d'identification objectifs et non-objectifs, et entre écoulements newtoniens et non-newtoniens.
mots clés Structures cohérentes en turbulence ; fluide visco-élastique ; objectivité ; écoulement dans un canal plan.
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