Figure

Objet

L'interaction entre un écoulement et une encoche est une configuration test pour des confrontations calcul-expérience. Cependant une confrontation quantitative "pas à pas" perd de son sens dans le cas d'un problème instationnaire fortement non-linéaire et de ce fait non reproductible. Nous développons donc des méthodes permettant cette confrontation aussi bien dans le domaine temporel que spatial, en particulier en essayant d'extraire et de caractériser les structures cohérentes observées et simulées (Transformées de Fourier, en ondelettes, POD ...). Cette configuration est par ailleurs bien adaptée à des études relatives au transport (aérodynamique des véhicules terrestres) et à l'environnement (renouvellement d'air dans une cavité).

Description

Les résultats acquis cette année concernent les basses vitesses proches de la transition laminaire-turbulent, pour une géométrie donnée de cavité H/L= 0,5. Le nombre de Reynolds, basé sur la hauteur de cavité, est proche de 3000 pour la simulation et les mesures de PIV et compris entre 2000 et 8000 pour les mesures locales par LDV. Le calcul est réalisé par une approche de simulation numérique directe 2D (code OLORIN développé au LIMSI: ordre 2 en espace et en temps, volumes finis).

Résultats et perspectives

D'un point de vue temporel, des résultats antérieurs nous avaient montré que la fréquence mesurée en aval de la cavité pouvait être retrouvée par une simulation numérique 2D, dans le cas d'une vitesse U∞=1.42m/spour laquelle les fluctuations de vitesse se révèlent uni-modales (f = 15Hz). Simulations et mesures ont été reprises pour une gamme plus étendue de vitesses amont. Pour U∞ < v1.4m/s, la mesure montre l'existence de 3 modes principaux (mode 0, 1 , 2 de la figure 1 gauche). Pour U∞ > v1.4m/s les modes 0 et 1 disparaissent, le mode 2 persiste et un mode 3 apparaît; la simulation présente aussi ces 3 modes (figure 1 droite). La confrontation est excellente (figure 2).

Les mesures des champs de vitesse par PIV 2D, associées à des visualisations (figure 3) ainsi que les simulations numériques 2D citées ci-dessus (figure 4), permettent de quantifier les caractéristiques spatiales des structures tourbillonnaires. Dans la couche de cisaillement prenant naissance au bord amont de la cavité, on constate sur la composante verticale de vitesse v, une croissance d'instabilités apparemment linéaires. Ceci nous incite à identifier l'évolution de v en fonction de x à un modèle physique de croissance des instabilités: v(x) = a + be^βx cos(2∏x/λ + Ø). A titre d'exemple, ce traitement est donné pour un champ numérique et un champ expérimental. L'identification est assez bonne (figure 5), donnant pour l'expérience un taux d'amplification spatial β=25et une longueur d'onde λ=0.060m et pour la simulation β=30 et λ=0.057m. Une évaluation statistique des β et λ, conditionnée par les événements intra-cavitaires, sera réalisée sur des séries temporelles de champs de vitesse de PIV et de simulation. Malgré les résultats positifs mentionnés ci-dessus, la DNS 2D ne rend pas compte des très basses fréquences, restreint le domaine d'existence en U∞ du mode 1 et donne une paire de tourbillons dans la cavité plus symétrique que l'observation. Dans un proche avenir, le calcul sera donc étendu au 3D. Des vitesses amont plus importantes seront ensuite étudiées en introduisant un modèle LES dans la simulation. En métrologie, nos approches PIV 3D sur la base d'une visée stéréoscopique sont bien avancées. L'étalonnage direct des caméras à partir des images d'une mire fournit toutes les caractéristiques optiques du montage et permet de les introduire dans le logiciel "flot optique" de traitement des images d'écoulement. Jusqu'alors les seules applications du flot optique en stéréoscopie étaient faites sur des images de synthèse. Désormais des champs 3D sont obtenus sur des images expérimentales. La confrontation calcul-expérience en 3D est une des raisons de notre participation au projet de réalité virtuelle VENISE.

 -----------------
¹ CLIPS-IMAG, Grenoble,
² Université de Tunis.

Groupe DFT		Dpt Mécanique		Sommaire		Présentation

visiteurs