Les dernières décennies ont vu un développement important des recherches concernant les phénomènes turbulents qui existent dans les écoulements. La compréhension de ces phénomènes représente en effet un enjeu essentiel dans nombre de domaines et d'applications industrielles. Pour ce qui concerne la couche limite turbulente, l'essor des techniques tant expérimentales que numériques a permis d'appréhender certains mécanismes régissant la production et le transfert de l'énergie turbulente. Mais l'enchaînement de ces mécanismes reste encore mal connu. Ce mémoire présente une étude expérimentale alliant anémométrie à fil chaud et visualisations ultra-rapides par plan laser d'une couche limite turbulente de plaque plane sans gradient de pression longitudinal. Après une caractérisation moyenne de l'écoulement, on décrit les structures cohérentes présentes dans la couche limite en s'appuyant sur l'analyse détaillée des prises de vues réalisées. A partir des observations effectuées et de leur comparaison avec celles d'autres auteurs, on tente de dégager un modèle du mécanisme de production de la turbulence dans la couche limite. On étudie ensuite l'effet que peut avoir un manipulateur de couche limite sur la structure de la turbulence. En conclusion, on discute des limitations de l'étude et des améliorations qui pourraient être apportées à la méthode expérimentale.
Over the last decade, flow visualization has advanced in step with the progress in laser and computer technologies. The scope of the International Symposium on Flow Visualiza- tion will be broader than ever, covering the range of infor- mation generally thought of as nonvisual and reflecting the inclusion of computer - aided methodologies. The Sixth In- ternational Symposium on Flow Visualization aims to attract the participation of experts and users of flow viualizing techniques on furthering an advanced philosophy for the de- velopment of the methods and their applications.
In the past decade, progress has been made in determining the nature of turbulent flow near walls. Many of these advances, which have occurred through new experimental methodologies, direct numerical simulations, and new theoretical developments, are described in this volume.
L'un des moyens de diminuer la traînée de frottement d'un avion est d'agrandir la zone laminaire sur les ailes ou la dérive. Des études ont montré que des micro-rugosités placées au sein de la couche limite peuvent retarder le phénomène de transition vers la turbulence. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier numériquement l'écoulement de couche limite laminaire dans l'entourage proche de rugosités de surface, en se focalisant sur l'influence qu'ont ces dernières sur les ondes d'instabilité à l'origine de l'apparition de la turbulence. Nous avons d'abord étudié les ondes d'instabilité longitudinale au sein d'une couche limite de plaque plane sans gradient de pression. En présence de rugosités placées périodiquement selon l'envergure, l'écoulement est inhomogène selon la normale à la paroi et la direction transverse. Sa stabilité linéaire a donc été étudiée en utilisant un formalisme biglobal. Cela a permis d'obtenir les modes propres de l'écoulement en présence des rugosités, et de montrer dans quelle mesure ces dernières stabilisent la couche limite. Ensuite nous avons considéré les ondes d'instabilité transversale, qui apparaissent près du bord d'attaque des ailes en flèche. Des simulations numériques directes (DNS) ont été effectuées afin d'étudier comment une allée périodique de rugosités peut générer ces ondes. Des analyses de stabilité linéaire ont permis d'interpréter les résultats des DNS et d'y identifier deux types d'ondes d'instabilité transversale : des ondes stationnaires, générées par un mécanisme de réceptivité non-linéaire vis-à-vis des rugosités, et des ondes instationnaires, dues à un mécanisme d'instabilité quasi-absolue dans la couche limite.
LE CONTROLE DE LA COUCHE LIMITE LAMINAIRE ET TURBULENTE BIDIMENSIONNELLE EN PRESENCE D'UN GRADIENT DE PRESSION LONGITUDINAL EST REALISE A L'AIDE D'UN PROCEDE D'ASPIRATION DE LA COUCHE LIMITE, EN PARTICULIER DANS LES ZONES DECOLLEES. LA METHODE INTEGRALE DE VON KARMAN SANS ET AVEC ASPIRATION, EN REGIME LAMINAIRE ET TURBULENT DONNE DES RESULTATS SUR LES PARAMETRES GLOBAUX EN BON ACCORD AVEC LES EXPERIENCES REALISEES. LA RELATION DE PLAQUE PLANE, VALEUR QUADRATIQUE MOYENNE DE FLUCTUATIONS DE PRESSION-TENSION DE FROTTEMENT PARIETAL RAMENEE A LA DETERMINATION DU COEFFICIENT DE PROPORTIONNALITE BETA MET EN EVIDENCE QUE LA SIMILITUDE N'EST PLUS ASSUREE DANS LE CAS OU LA COUCHE LIMITE TURBULENTE SE TROUVE EN PRESENCE D'UN GRADIENT DE PRESSION
L'objet de cette thèse porte sur la compréhension des structures cohérentes d'une couche limite turbulente soumise à un fort gradient de pression adverse, et qui a aussi subie une transition brusque de fort gradient de pression favorable à un gradient de pression adverse. L'installation expérimentale permet d'obtenir des conditions d'écoulement correspondant au décrochage d'une aile. De grands ensembles de champs de vitesse instantanée sont acquis par "Particle Image Velocimetry" dans des plans à la paroi alignés avec l'écoulement à trois positions différentes dans la direction de l'écoulement dans la région de gradient de pression défavorable. Les investigations sur les champs instantanés de vitesse prouvent que la région supérieure de la couche limite est densément peuplée avec des signatures de tourbillons hairpin et des paquets de hairpins qualitativement semblables à ceux rencontrées dans la couche limite turbulente à gradient de pression nul. Puisque les paquets de hairpin voyagent avec la petite dispersion de vitesse, les groupes de hairpin semblent être arrangés de façon cohérente dans la direction de l'écoulement. On constate que les paquets de hairpins se prolongent parfois au-delà d'une longueur de 2[delta] et contiennent 3 à 12 tourbillons. En plus, l'estimation stochastique linéaire et les corrélations spatiales entre l'intensité des tourbillons "pro-grade/prograde" indiquent également que les empreintes sont qualitativement semblables aux paquets de hairpin trouvés dans les champs instantanés. L'angle moyen de croissance des paquets de hairpin dans la direction de l'écoulement est approximativement 11°, ce qui est plus important que dans la couche limite turbulente à gradient de pression nul. Les hairpins individuels sont aussi légèrement plus inclinés par rapport à la paroi et plus rapprochés dans la couche limite turbulente avec gradient de pression adverse. Ces différences de propriétés de hairpin sont consistantes avec les différences de taux de déformations moyens dans les deux écoulements. L'intensité des têtes de hairpin normalisée par l'échelle de temps de Zagarola-Smits a une valeur plus élevée dans le cas à gradient de pression nul par rapport à l'écoulement présent et, dans la moitié inférieure de la couche limite diminue dans la direction de l'écoulement dans ce dernier. Tout proche de la paroi, la population de hairpins diminue dans la direction de l'écoulement, alors qu'elle augmente dans la région supérieure. Ces différentes tendances des populations et d'intensité de hairpin sont compatibles avec celles des tensions de Reynolds et de la production de turbulence. C'est également compatible aux résultats rapportés que des hairpins sont la source majeure de la production de turbulence. Finalement, la taille des tourbillons normalisée par l'épaisseur de la couche limite diminue légèrement dans la direction de l'écoulement. Puisque l'écoulement moyen évolue rapidement, il est donc possible que les structures turbulentes répondent avec un certain retard aux changements de l'écoulement moyen.
