Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Thierry FAURE, École de l’Air, Centre de Recherche de l’Armée de l’air (CReA), Salon-de-provence

Écoulements cisaillés et instabilités tourbillonnaires : approches expérimentales et numériques

Vendredi 4 mai 2018, 14h, salle 106, Bat W1, ECL.

 Écoulements cisaillés et instabilités tourbillonnaires : approches expérimentales et numériques

Les écoulements cisaillés se rencontrent dans de nombreuses configurations et sont le siège du développement d’instabilités. On s’intéresse ici à deux exemples d’écoulements cisaillés, à travers des approches à la fois expérimentales et numériques : un écoulement de cavité ouverte et l’écoulement décollé autour d’un ou de plusieurs profils. L’écoulement de cavité est fortement dépendant de la géométrie et du nombre de Reynolds et il est le siège du développement d’une instabilité de type Kelvin-Helmholtz. Des mesures par PIV couplées à des visualisations par injection de traceurs permettent de caractériser la morphologie des tourbillons présents en fonction des différents paramètres. En particuliers, des moyennes de phase permettent d’appréhender les phénomènes périodiques de la couche de cisaillement. La recirculation dans la cavité, pour certains paramètres expérimentaux, est le siège de l’apparition d’une instabilité centrifuge de type Taylor-Görtler. On montre que le discriminant de Rayleigh permet de prédire les seuils de création de ces instabilités en fonction de la morphologie de l’écoulement tourbillonnaire de base.
La deuxième application consiste en l’étude du décollement d’un profil à forte incidence et de l’interaction entre deux profils décollés. Une expérience est mise en place en soufflerie et les mesures du champ de vitesse et des forces aérodynamiques sur chaque profil sont obtenues respectivement par PIV et par balances aérodynamiques. Une méthode numérique instationnaire des tourbillons discrets est également développée pour l’étude de cette configuration. La comparaison de l’écoulement et des forces aérodynamiques est validée sur des cas de profils en mouvement instationnaire, ou pour des profils statiques où l’instationnarité résulte du décollement et de l’émission de tourbillons de Kármán. Cette méthode des tourbillons discrets est aussi utilisée dans le cas de deux profils et permet de mettre en évidence les configurations où le contrôle de l’écoulement résultant de l’interaction aérodynamique permet d’améliorer le rapport d’efficacité de portance. Une autre application est la détermination du comportement aéroélastique d’un profil et le calcul de la vitesse de flottement.

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Discriminant de Rayleigh dans une cavité de rapport de forme de 2 pour un nombre de Reynolds de 4230 (la zone rouge est potentiellement instable).
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Simulation de l’écoulement décollé autour d’un profil en incidence à 45° pour un nombre de Reynolds de 20700 et développement de l’instabilité de Kármán.

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