Etude de l'influence du nombre de Reynolds sur l'organisation de la turbulence de paroi

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 20-04-2009
auteur(s) Herpin Sophie
jury Stanislas M.; Soria J.; Aupoix B.; Marusic I.; Jimenez J.; Geoge W.K.; Foucaut J.M.
école Ecole Centrale de Lille
  
résumé Ce travail est une étude experimentale de l'influence du nombre de Reynolds sur les structures tourbillonnaires longitudinales et transverses de la turbulence de paroi.
Une campagne de mesure par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) stéréoscopique est réalisée dans des plans longitudinaux/normaux à la paroi (XY), et dans des plans normaux/transversaux (YZ) des couche limites de la soufflerie du LML et du tunnel à eau du LTRAC, à six nombre de Reynolds compris entre Reθ=1300 et Reθ=18950. Les mesures ont une bonne résolution spatiale et une faible incertitude.
La base de donnée est validée au travers de l'analyse de grandeurs statistiques de l'écoulement (moyenne et RMS de la vitesse, histogramme des fluctuations, spectres de puissance) , comparées à des profils de référence issus de la théorie, de mesures fils-chauds ou de données issues de la Simulation Numérique Directe (DNS) d'un écoulement turbulent de canal.
Une détection de tourbillon, basée sur l'ajustement d'un modèle de tourbillon autour des maxima d'intensité tourbillonaire, est ensuite entreprise sur les données de stéréo-PIV ansi que sur des données DNS à Reτ=950. L'évolution des caractéristiques des tourbillons (rayon, vorticité, circulation, vitesse de convection) avec la distance à la paroi 'y' est ensuite analysée dans deux représentations adimensionnées: l'une en unités de paroi, et l'autre en unités de Kolmogorov. Une bonne universalité en nombre de Reynolds est obtenue en unités de paroi dans la zone tampon et la zone logarithmique, mais pas dans la zone externe de l'écoulement. Les unités de Kolmogorov permettent d'obtenir une bonne universalité dans les trois zones étudiées, à la fois en Reynolds et en 'y'. Finalement, les mécanismes responsables de la génération des tourbillons sont discutés.
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