Figure

Objet

Un des phénomènes importants observés dans les écoulements 3D est celui de la naissance et du développement des tourbillons en fer à cheval. Ces tourbillons se rencontrent partout dans la nature ou dans les machines fabriquées par l'homme. Ils sont souvent à l'origine des phénomènes d'instabilités. La compréhension et la prédiction de ces tourbillons sont des étapes de base dans les études sur la manipulation et le contrôle des écoulements. Comme on s'intéresse aux écoulements à grands nombres de Reynolds, l'objet de cette recherche est d'appliquer la technique de la simulation des grosses structures pour mettre en évidence la formation et le développement des tourbillons en fer à cheval et leurs effets sur la structure des écoulements et les efforts aérodynamiques.

Description

L'outil utilisé est une méthode numérique originale mise au point au LIMSI pour résoudre les équations de Navier Stokes écrites sous forme vitesse tourbillon [1]. Ce choix est guidé par le besoin d'accès direct aux trois composantes du tourbillon qui sont des quantités génériques de la turbulence. Deux types de maillage ont été utilisés, l'un orthogonal, l'un non. Pour des raisons de compatibilité discrète, les points de calcul des inconnues sont décalés sur le maillage [2].

Une étude préliminaire a permis le choix du modèle de sous maille. Ainsi le modèle de sous maille adopté est le modèle d'échelles mixtes, développé avec l'ONERA, et qui a montré son bon comportement dans plusieurs types d'écoulements cisaillés, avec la présence des zones de décollement plus ou moins importantes. Pour montrer la présence des tourbillons en fer à cheval dans des configurations d'écoulement et de géométrie très différentes, on a considéré deux cas types d'écoulement : l'un concerne l'écoulement externe autour de la zone de jonction d'un cylindre profilé avec une plaque, l'autre correspond à l'écoulement dans une enceinte confinée, généré par une aspiration.

Résultats et perspectives

L'écoulement instationnaire autour d'un cylindre à section profilée ( profil NACA0012) posé sur une plaque a été étudié pour un nombre de Reynolds de 20000. On présente sur la figure 1 la structure instantanée de l'écoulement de la zone de jonction. On peut remarquer que la présence de la plaque génère un tourbillon en fer à cheval qui soulève l'écoulement tourbillonnaire aval. On montre dans la figure 2 l'image d'un tourbillon en fer à cheval. Ce tourbillon prend naissance sur le plan central de l'enceinte et est déformé par la présence des parois inférieure et supérieure : l'axe du tourbillon a la forme d'un fer à cheval. Les calculs ont été réalisés avec un nombre de Reynolds de 20000. Cette recherche sera poursuivie. Une étude expérimentale de validation est prévue. On étudiera ensuite l'influence de ces tourbillons sur les efforts aérodynamiques et sur les structures des écoulements ainsi que les moyens pour les contrôler.

Références

[1] R. Lardat, F. Bertagnolio, O. Daube : <<La formulation vitesse tourbillon en maillage décalé : une méthode de projection>>, C.R.AS Paris, t 324, Série IIb, pp 747-753, 1997.
[2] F. Bertagnolio : <<Résolution numérique des équations de Navier Stokes en coordonnées curvilignes généralisées par la formulation vitesse tourbillon>>. - Thèse de Doctorat Université Paris 11 (1996).

Gpe Dynamique des Fluides		Dpt Mécanique-Energétique		Sommaire		Présentation