Simulation numérique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour d'un profil d'aile à forte incidence
Simulation numérique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour d'un profil d'aile à forte incidence

Author: Gang Jin

Publisher:

Published: 1994

Total Pages: 342

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L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE A ETE ETUDIE POUR UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE. LA CONFIGURATION DU PROFIL D'AILE A ETE PLACEE DANS UN ECOULEMENT UNIFORME STATIONNAIRE OU OSCILLANT EN TAMIS. LA MISE EN UVRE D'UN LOGICIEL DE CALCUL EST EFFECTUEE EN MAILLAGE CURVILIGNE DE TYPE H, PRECIS AU SECOND ORDRE TEMPOREL ET SPATIAL, PERMETTANT LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPLETES POUR UN SILLAGE DE GEOMETRIE COMPLEXE, AFIN DE PREDETERMINER LA NAISSANCE D'INSTABILITES, DU DECOLLEMENT INSTATIONNAIRE ET DES STRUCTURES ORGANISEES DU SILLAGE A DES NOMBRES DE REYNOLDS MODERES. DANS CE CONTEXTE, UNE ANALYSE PHYSIQUE DES PROPRIETES DE L'ECOULEMENT A LA SORTIE DU DOMAINE A PERMIS DE DEVELOPPER DES CONDITIONS LIMITES NON-REFLECTIVES, EN ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE, DANS LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. CE TYPE DE CONDITIONS LIMITES A PERMIS D'UTILISER UNE DISTANCE RAISONNABLE A L'AVAL ET D'EFFECTUER DES ECONOMIES NOTABLES SUR LE TEMPS DE CALCUL. AINSI IL MINIMISE LES EFFETS DE RETROACTION ET DE CONFINEMENT ARTIFICIEL. LE DEVELOPPEMENT DU MODELE DE TURBULENCE INSTATIONNAIRE A DEUX EQUATIONS EST EFFECTUE SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE PHASE POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES. CETTE METHODOLOGIE PERMET DE CALCULER LES EFFETS FORTEMENT INSTATIONNAIRES (ECOULEMENT TURBULENT EN TAMIS) POUR UNE GEOMETRIE COMPLEXE. UN TRAITEMENT DE MODELE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS EST INCLUS. UNE MODELISATION POUR LE TERME DE PRODUCTION D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, EN FONCTION DU ROTATIONNEL LOCAL, EST PROPOSEE D'APRES DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES, AFIN DE SURMONTER LE PROBLEME DE LA SURPRODUCTION D'ENERGIE TURBULENTE DANS LA REGION AU VOISINAGE DU POINT D'ARRET. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS MONTRENT L'EFFICACITE DE CETTE APPROCHE POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, DECOLLES EN SITUATION NATURELLE ET FORCEE

Analyse physique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour de structures portantes en aérodynamique externe
Analyse physique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour de structures portantes en aérodynamique externe

Author: Larissa Smaguina Laval

Publisher:

Published: 1998

Total Pages: 372

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L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE EST ETUDIE PAR L'ANALYSE PHYSIQUE, SIMULATION NUMERIQUE, AINSI QUE PAR LA COMPARAISON AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES. L'APPROCHE DE MACROSIMULATION DE STRUCTURES ORGANISEES (OES, ORGANIZED EDDY SIMULATION ) EST ADOPTEE EN COUPLAGE AVEC LE MODELE DE TURBULENCE A DEUX EQUATIONS, DANS LE PRESENT TRAVAIL. UNE ETUDE DU CHOIX DU TRAITEMENT PARIETAL APPROPRIE EST EFFECTUEE AU SEIN DU MODELE DE TURBULENCE. UNE ANALYSE DETAILLEE DE LA DEPENDANCE DE LA SOLUTION VIS-A-VIS DE PARAMETRES NUMERIQUES, ET NOTAMMENT DE MAILLAGES EST PRESENTEE. L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE IMMOBILE A DES INCIDENCES DE 12, 14 ET 20 EST ETUDIE. L'INSTATIONNARITE NATURELLE DE L'ECOULEMENT EST PRISE EN COMPTE PAR L'APPROCHE DE MODELISATION DES STRUCTURES ORGANISEES. LE MODELE A DEUX EQUATIONS INCLUANT LE TRAITEMENT PARIETAL A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS BASE SUR LA FONCTION D'AMORTISSEMENT CHOISIE EST IMPLEMENTE SUR LE MAILLAGE APPROPRIE. L'AUGMENTATION DISCRETE DE L'INCIDENCE PERMET L'OBSERVATION DE L'EVOLUTION DU DECOLLEMENT DE LA COUCHE LIMITE, AINSI QUE L'APPARITION DE L'ALLEE TOURBILLONNAIRE ALTERNEE DE VON KARMAN ET DES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ. L'ETUDE DU PROFIL OSCILLANT AUTOUR DE L'INCIDENCE MOYENNE DE 12 PERMET D'ESTIMER L'IMPACT DE L'INSTATIONNARITE FORCEE SUR L'ECOULEMENT AUTOUR DU PROFIL, AINSI QUE SON INTERACTION AVEC L'INSTATIONNARITE NATURELLE. DEUX TYPES D'OSCILLATIONS SONT CONSIDERES : LE MOUVEMENT DE TYPE TANGAGE ET LE MOUVEMENT COMBINE DE TAMIS/TANGAGE. L'APPARITION DU TOURBILLON DE DECROCHAGE ET LE PHENOMENE DE RELAMINARISATION SONT OBSERVES. CE DERNIER SE MANIFESTE PAR L'APPARITION DE BOUCLES D'HYSTERESIS SUR LES COURBES DES PARAMETRES AERODYNAMIQUES. LE MODELE DU PREMIER ORDRE A DEUX EQUATIONS PERMET UNE PREDICTION CORRECTE DES PHENOMENES PROPRES AUX ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES AUTOUR DE PROFILS D'AILE ET UN RELATIVEMENT BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE.

Analyse physique par simulation numérique et modélisation des écoulements décollés instationnaires autour de surfaces portantes
Analyse physique par simulation numérique et modélisation des écoulements décollés instationnaires autour de surfaces portantes

Author: Yannick Hoarau

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Published: 2002

Total Pages: 260

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Les écoulements instationnaires laminaires et turbulents autour de surfaces portantes sont étudiés pour un fluide incompressible. Après une étude détaillée de l'instabilité de von Karman générée par l'écoulement à 20ʿ autour d'un profil NACA12, la mise en place de l'instabilité secondaire et les étapes successives vers la transition 3D sont examinées. Cette étude se focalise sur l'identification des mécanismes de transition 3D ainsi que sur la structure de la mise en place de la turbulence. L'étude des résultats de la DNS par décomposition en moyenne de phase permet l'identification des mécanismes physiques relatifs à la naissance de la turbulence et leurs interactions avec les structures cohérentes 3D dans la région de proche paroi. L'accès au tenseur de Reynolds ainsi qu'aux différents gradients de vitesses permet de tester différentes lois constitutives des modèles de turbulence et de les améliorer pour des écoulements instationnaires fortement décollés. Puis les écoulements turbulents instationnaires à grand nombre de Reynolds autour de surfaces portantes à forte incidence sont étudiés. La méthode de macrosimulation " Organised Eddy Simulation ", basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes en moyenne de phase est utilisée. La modélisation de la turbulence aléatoire est effectuée en adaptant et en améliorant les modèles à deux équations pour bien prédire l'instationnarité du décollement et des structures cohérentes en aval du profil d'aile. L'amélioration des échelles du coefficient de diffusivité dans le contexte de la modélisation au premier ordre a été faite grâce à la modélisation au second ordre. Une bonne prédiction du développement des structures organisées a été obtenue, ainsi que de l'amplification des instabilités et des fréquences des oscillations apparaissant sous l'effet de la viscosité, phénomènes importants tant sur le plan fondamental que dans le domaine des applications en Aérodynamique Instationnaire (interaction fluide-structure).

SIMULATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TURBULENTS AUTOUR DE PROFILS OSCILLANTS PAR UNE METHODE NUMERIQUE DE HAUTE PRECISION
SIMULATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TURBULENTS AUTOUR DE PROFILS OSCILLANTS PAR UNE METHODE NUMERIQUE DE HAUTE PRECISION

Author: Paola Cinnella

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Published: 1999

Total Pages: 199

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DANS CETTE ETUDE, UNE METHODE NUMERIQUE DE HAUTE PRECISION EST MISE AU POINT POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES INSTATIONNAIRES TURBULENTS EN AERODYNAMIQUE. UN SCHEMA CENTRE A CINQ POINTS, PRECIS A L'ORDRE TROIS POUR LES EQUATIONS D'EULER, A ETE CONSTRUIT EN CORRIGEANT L'ERREUR DISPERSIVE DU SCHEMA CLASSIQUE D'ORDRE DEUX DE JAMESON. CE SCHEMA A ETE ENSUITE ETENDU AUX MAILLAGES CURVILIGNES BI- ET TRIDIMENSIONNELS PAR UNE METHODE DE VOLUMES FINIS DE HAUTE PRECISION. LE FLUX NUMERIQUE EST CONSTRUIT A L'AIDE D'OPERATEURS DE DISCRETISATION PONDERES, QUI PERMETTENT DE TENIR COMPTE DES DEFORMATIONS DU MAILLAGE. LE SCHEMA OBTENU EST PRECIS A L'ORDRE TROIS SUR DES MAILLAGES MOYENNEMENT DEFORMES ET A L'ORDRE DEUX SUR DES MAILLAGES TRES DEFORMES. LA METHODE DEVELOPPEE A ETE ETENDUE AUX EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN TRAITANT LES TERMES VISQUEUX DE FACON SIMPLE. LE SCHEMA PROPOSE A ETE PROGRAMME DANS UN CODE INDUSTRIEL ET IL A ETE VALIDE PAR DES COMPARAISONS SYSTEMATIQUES AVEC LE SCHEMA DE JAMESON, PROGRAMME DANS LE MEME CODE : LE SCHEMA DE HAUTE PRECISION PERMET DE REDUIRE DE FACON SIGNIFICATIVE L'ERREUR NUMERIQUE AU BORD D'ATTAQUE DE PROFILS ET D'AILES. ENSUITE, LE NOUVEAU SCHEMA A ETE APPLIQUE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS AUTOUR DE PROFILS OSCILLANTS, MODELISANT UNE SECTION DE PALE DE ROTOR D'HELICOPTERE EN VOL D'AVANCEMENT. UN PROBLEME DIFFICILE DE DECROCHAGE DU A L'INTERACTION CHOC/COUCHE LIMITE SUR UN PROFIL OSCILLANT EN REGIME TRANSSONIQUE VIENT DEMONTRER LA NECESSITE DE SCHEMAS DE HAUTE PRECISION POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES COMPLEXES. IN FINE, LE NOUVEAU SCHEMA EST APPLIQUE A L'ETUDE DU DECROCHAGE DYNAMIQUE PROFOND D'UN PROFIL OSCILLANT A TRES GRANDE INCIDENCE. POUR CHAQUE APPLICATION, LES INFLUENCES DU MODELE DE TURBULENCE, DU MAILLAGE DE CALCUL ET DE L'ORDRE DE PRECISION DU SCHEMA SONT DISCUTEES.

Modélisation de la turbulence dans un écoulement décollé autour d'un profil à forte incidence
Modélisation de la turbulence dans un écoulement décollé autour d'un profil à forte incidence

Author: Sophie Undreiner

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Published: 1993

Total Pages: 234

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DANS CE TRAVAIL, LES ECOULEMENTS AUTOUR DU PROFIL AS239 D'AEROSPATIALE A FORTE INCIDENCE ET SUR LA PLAQUE PLANE SANS GRADIENT DE PRESSION ONT ETE SIMULES. UNE ETUDE COMPARATIVE DE PLUSIEURS MODELES DE TURBULENCE EST PRESENTEE: LE MODELE K-EPSILON DE JONES-LAUNDER, LE MODELE ASM COMBINE AVEC K-EPSILON DE JONES-LAUNDER OU LE MODELE DE WOLFSHTEIN DANS LA REGION DE PROCHE PAROI, ET LE MODELE ASM A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS DE H. IACOVIDES. CES MODELES ONT ETE ANALYSES D'APRES DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET THEORIQUES POUR COMPRENDRE LEURS PERFORMANCES SUR LES DEUX CONFIGURATIONS ETUDIEES. LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES BIDIMENSIONNELLES SONT RESOLUES AVEC UNE METHODE DE VOLUMES FINIS. ELLES SONT DISCRETISEES EN ESPACE AVEC LE SCHEMA DE MAC-CORMACK COMPRENANT DEUX ETAPES, PREDICTEUR ET CORRECTEUR. LA VERSION EXPLICITE-IMPLICITE DE L'INTEGRATION TEMPORELLE A ETE UTILISEE. LE MODELE ASM COMBINE AVEC K-EPSILON DANS LA REGION DE PROCHE PAROI FOURNIT LES MEILLEURS RESULTATS SUR LE PROFIL. EN EFFET, LE MODELE ASM TIENT COMPTE DU GRADIENT DE PRESSION ADVERSE. L'AMELIORATION DE LA MODELISATION DE LA ZONE DE PROCHE PAROI A ETE ENVISAGEE AVEC L'EXTENSION DU MODELE ASM DANS CETTE REGION, ET DANS UN PREMIER TEMPS AVEC LE MODELE DE H. IACOVIDES. LA SIMULATION DE L'ECOULEMENT SUR UNE PLAQUE PLANE SANS GRADIENT DE PRESSION, ET L'ANALYSE A PARTIR DES DEVELOPPEMENTS ASYMPTOTIQUES METTENT EN EVIDENCE LES FAIBLESSES DE CE MODELE. D'AUTRE PART, LA RESOLUTION NUMERIQUE EXIGE DES AMELIORATIONS, NOTAMMENT POUR LE CALCUL DES GRADIENTS DES QUANTITES TURBULENTES, ET POUR ACCELERER LA CONVERGENCE

Analyse physique, modélisation et simulation numérique des écoulements turbulents instationnaires en canal pulsés
Analyse physique, modélisation et simulation numérique des écoulements turbulents instationnaires en canal pulsés

Author: Mustapha-el-Habib Boudghène-Stambouli

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Published: 1995

Total Pages: 156

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LES TRAVAUX REALISES DANS CETTE ETUDE S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE L'ANALYSE DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES. ELLE CONCERNE PLUS PARTICULIEREMENT LES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES PULSES EN CANAL. LE CHOIX DE CETTE CONFIGURATION A ETE FAITE DANS LE BUT D'ETUDIER SEPAREMENT L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES QUI GERENT CE TYPE D'ECOULEMENT. LE TRAVAIL RAPPORTE CONCERNE: (I) LA VALIDATION D'UN CODE DE CALCUL ; (II) UNE ANALYSE PHYSIQUE: *TOUT D'ABORD, DANS LE CAS LAMINAIRE, *DANS LE CAS TRANSITIONNEL, PAR L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE L'INSTATIONNARITE SUR LA TRANSITION DE LA COUCHE LIMITE, *ENFIN, DANS LE CAS PLUS COMPLEXE A SAVOIR L'ETAT TURBULENT OU UNE ETUDE PARAMETRIQUE S'AVERA UTILE DANS LA COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES DE CE TYPE D'ECOULEMENT AINSI QUE DANS LE COMPORTEMENT DES DIFFERENTS MODELES DE TURBULENCE ; (III) UNE EVALUATION DES MODELES DE FERMETURE A ZERO EQUATION, A DEUX EQUATIONS ET A FAIBLES NOMBRES DE REYNOLDS DE TURBULENCE AINSI QU'UN MODELE AUX CONTRAINTES DE REYNOLDS ; (IV) LE BUT ULTIME DE CETTE ANALYSE DEVRA NOUS CONDUIRE A UNE MEILLEURE MODELISATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES

Analyse physique et modélisation d'écoulements incompressibles instationnaires turbulents autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds
Analyse physique et modélisation d'écoulements incompressibles instationnaires turbulents autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds

Author: Rodolphe Perrin

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Published: 2005

Total Pages: 200

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L'écoulement turbulent autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds est analysé expérimentalement en utilisant les techniques PIV, PIV Stéréoscopique et PIV haute cadence. Les nombres de Reynolds étudiés correspondent à l'entrée de l'écoulement dans le régime critique, marqué par la chute brutale de traînée. Le cylindre est placé en milieu confiné afin de permettre des comparaisons avec des simulations numériques effectuées sur un domaine réaliste. Une base de données permettant la validation et l'amélioration des modèles de turbulence pour les approches statistiques avancées est ainsi fournie. Une attention particulière est portée à la décomposition du mouvement en une composante organisée et une composante aléatoire. Pour ceci, la décomposition en moyenne de phase, puis la décomposition en modes propres orthogonaux (POD), sont appliquées et comparées. Les contributions de chacune des composantes du mouvement au tenseur des contraintes turbulentes sont ensuite analysées.

Analyse physique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour de profils oscillants et d'éoliennes
Analyse physique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour de profils oscillants et d'éoliennes

Author: Guillaume Martinat

Publisher:

Published: 2007

Total Pages: 130

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En vue d'applications aux turbines éoliennes, cette thèse vise à améliorer la prédiction des écoulements turbulents instationnaires autour de corps en rotation, par résolution des équations de Navier-Stokes directes et moyennées. L'analyse du décollement sur un cylindre tournant a été effectuée par la simulation 2D, pour des nombres de Reynolds modérés. Les nombres critiques d'apparition de deux instabilités globales ont été quantifiés. La modélisation de la turbulence instationnaire à nombre de Reynolds élevé a été abordée par approches statistiques et hybride puis validée pour une configuration de référence, le corps d'Ahmed. Ces méthodes de modélisation ont permis de prédire le décrochage dynamique autour de pales (2D, 3D) et les charges instationnaires prépondérantes dans le couplae énergétique entre le fluide et la structure . En conclusion, on analyse l'apport des approches de modélisation avancées quant à leurs capacités prédictives pour les écoulements précités.

Analyse physique d'écoulements compressibles instationnaires autour de structures portantes dans le contexte d'interaction fluide-structure
Analyse physique d'écoulements compressibles instationnaires autour de structures portantes dans le contexte d'interaction fluide-structure

Author: Sébastien Bourdet

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Published: 2005

Total Pages: 193

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Le premier objectif de la thèse est l'analyse par simulation numérique des équations de Navier-Stokes pour des écoulements autour d'un profil d'aile sans incidence, d'un fluide visqueux compressible en régime principalement subsonique et instationnaire. Pour Mach=0.2-0.4 et Re=104, nous avons analysé, par le modèle de stabilité de Landau, avec comme paramètre critique le nombre de Mach, l'évolution de ces écoulement vers une instabilité de von Kármán.. Cette instabilité est purement la résultante d'effets de compressibilité. Cette etude a permis de déterminer le nombre de Mach critique d'apparition de cette instabilité. Le second volet de ce travail consiste en l'élaboration d'un code numérique permettant l'évolution du domaine fluide dans le temps par des mouvements de paroi. Les tests effectués (tangage de profils d'aile) montrent de très bonnes adéquations dans les comparaisons de résultats. Ce travail constitue une première approche de l'étude de l'interaction fluide-structure.