Contribution à l'étude de la convection mixte en régime turbulent

• Main Author: Boirlaud, Matthieu
• Language: FRE
• Published: ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers 2012
• Subjects: [SPI:OTHER] Engineering Sciences/Other; Turbulence; Tourbillons (mécanique des fluides); Instabilités hydrodynamiques; Gravité; Vélocimétrie par images de particules
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00784210; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/81/90/78/PDF/THESE_MATTHIEU_BOIRLAUD_bis.pdf

La compréhension des écoulements turbulents en aval d'un cylindre circulaire horizontal, soumis à un écoulement d'air transverse et en présence d'importants effets de flottabilité, constitue l'objectif principal de ce présent mémoire. Les approches expérimentale et numérique (DNS) sont utilisées afin de compléter les connaissances des mécanismes d'instabilité tourbillonnaire en régime de convection mixte. En dehors de la perte de symétrie du sillage induit par les effets de pesanteur, l'écoulement étudié ici est caractérisé par le développement de deux instabilités principales. Au niveau de la couche de cisaillement inférieure on assiste au développement d'instabilités intermittentes de Kelvin-Helmholtz. Nous montrons qu'en présence d'effets de gravité importants la transition vers la turbulence est accélérée dans cette région de l'écoulement. A l'arrière du cylindre un écoulement secondaire apparaît sous l'effet des forces de pesanteur. Cet écoulement est le lieu d'importants mouvements tridimensionnels tant sur le plan moyen que fluctuant et donne naissance à des dipôles de vorticité caractéristiques. Ces structures se forment dans la partie supérieure du sillage et évoluent librement au niveau de l'écoulement principal ou s'apparient avec les structures tourbillonnaires du sillage turbulent. Finalement, en présence d'effets de gravité non négligeables, on assiste à un enrichissement du spectre des structures turbulentes et à une augmentation des composantes tridimensionnelles du champ dynamique. Dans ces conditions la température agit comme un scalaire actif capable d'accélérer la transition vers la turbulence.