Dynamics and Control of Bluff-Body-Wake-Structure Interaction

L'interaction fluide-structure est observée dans la majorité des applications industrielles. L'interaction peut conduire à la génération de forces indésirables affectant les structures et causant de la fatigue ou des dommages. Une approche pour comprendre la dynamique fondamentale et la stabilité des sillages des cylindres consiste à réaliser des simulations utilisant les oscillations forcées. Deux aspects d'un tel écoulement sont considérés. Le premier concerne la dépendance des symétries de configuration de détachement tourbillonnaire avec l'amplitude des oscillations forcées, de la fréquence d'excitation et de la direction des oscillations. Les oscillations forcées, dépendantes de l'amplitude et de la fréquence des oscillations, entrainent la formation de différentes configurations de sillage présentant des symétries spécifiques. Les simulations numériques et les analyses de stabilité sont utilisées pour déterminer les modes instables du sillage et leurs bifurcations. L'oscillation forcée dans la direction d'écoulement d'un cylindre circulaire est étudié pour prédire les modes du sillage sur une plage déterminée d'amplitude et de fréquence. Les calculs numériques en deux dimensions des équations de Navier-Stokes sont réalisés en utilisant la méthode des conditions aux frontières périodiques forcées avec une plage de fréquence de forçage / [1 2] e s f f ; couvrant les régimes d'excitations harmoniques et super-harmoniques avec des ratios d'amplitude dans la plage A/ D[00.5]. Les modes d'accrochage symétriques et asymétriques sont observés pour trois différents ratios d'amplitude et de fréquence d'oscillation. Le mode asymétrique 2S lorsque / 1 e s f f  pour A/D=[0.35-0.5], le mode P+S à / 1.5 e s f f  pour A/D=[0.175,0.5], et le mode S à / 2 e s f f  pour A/D=[0.175,0.5] sont confirmés. À cause de la non-linéarité des équations de Navier-Stokes et de la complexité de la dimension infinie de la dynamique des fluides, les modes primaires sont calculés à l'aide de l'outil de décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD). Une procédure de Galerkin est utilisée pour projeter les équations de Navier-Stokes dans un espace de dimension réduite incluant les deux premiers modes POD. Cette méthode réduit la taille du problème d'un espace de dimension infinie à un nombre fini de modes (degrés de liberté) représentant la dynamique du sillage. Les modes dominants du détachement tourbillonnaire sont invariants en fonction des groupes de symétrie. La théorie de la bifurcation équivariante est utilisée pour développer le modèle d'ordre inférieur en utilisant les propriétés de symétrie des modes principaux. Ainsi, la bifurcation équivariante et les théories des formes normales sont combinées avec des calculs numériques des équations de Navier-Stokes pour décrire précisément les propriétés spacio-temporelles des modes de sillage d'écoulement et de leurs bifurcations.