<  Back to the Polytechnique Montréal portal

Étude du décollement mobile dans les écoulements tourbillonnaires

Philippe Miron

PhD thesis (2016)

[img]
Preview
Download (20MB)
Cite this document: Miron, P. (2016). Étude du décollement mobile dans les écoulements tourbillonnaires (PhD thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/2101/
Show abstract Hide abstract

Abstract

RÉSUMÉ Une couche limite est dite décollée quand les lignes fluides, initialement longeant une paroi solide, s’en détachent brutalement. Sur une aile d’avion, cela provoque une diminution de la portance et une augmentation de la traînée. Les mêmes effets sur une aube de compresseur engendrent une baisse de performance. Puisque le rendement optimal des systèmes utilisant la circulation d’un fluide est souvent proche des conditions qui mènent au décollement, il est impératif de pouvoir le prédire pour développer des stratégies de contrôle. Depuis les travaux pionniers de Prandtl qui a été le premier à introduire le concept de couche limite, un critère universel de prédiction du décollement, c’est-à-dire applicable à tous les écoulements quelles que soient leurs conditions, n’a toujours pas été élaboré. De nombreuses théories ont vu le jour, mais elles s’appliquent toujours avec des hypothèses restrictives sur l’écoulement (nécessité d’utiliser les équations de couches limites, valide uniquement en incompressible, etc.). Bien qu’historiquement le décollement ait été décrit en lagrangien en observant simplement le détachement du fluide d’une paroi, ce sont plutôt des critères eulériens qui le plus souvent sont évoqués pour quantifier le décollement dans la littérature scientifique. Cette première approche lagrangienne a néanmoins été reprise il y a seulement une dizaine d’années et a permis de voir le phénomène sous un jour nouveau, ce qui a abouti à une nouvelle théorie, unifiant par ailleurs des résultats indépendants en apparence contradictoires obtenus sur des écoulements différents. Il semble cependant que cette nouvelle théorie ne soit pas encore complète. L’objectif de ce travail est de mettre en évidence certaines caractéristiques du décollement qui ne sont pas prises en compte dans les développements théoriques récents en l’étudiant sur une variété de cas allant des plus simples, comme dans les écoulements visqueux, aux plus complexes, comme dans les écoulements tourbillonnaires. Des approches analytiques et numériques sont proposées pour détecter le décollement, et sont ensuite appliquées à des champs de vitesse analytiques, numériques (méthode des éléments finis) et expérimentaux (vélocimétrie par image de particules).Bien qu’une nouvelle théorie ne soit pas proposée,nous montrons quelles approches lagrangiennes issues des systèmes dynamiques sont définitivement pertinentes puisqu’elles ne travaillent qu’avec la cinématique des fluides, ce qui les rend indépendantes du régime de l’écoulement, des acompressibilité ou encore du référentiel choisi.----------ABSTRACT A boundary layer separation occurs when the fluid trajectories, initially parallel to a solid wall, detach abruptly from the wall. On an aircraft wing, this causes an important decrease in lift and an increase in drag. The same effects on a compressor blade reduce the efficiency of the engine. Since the optimal performance of engineering systems using circulating fluids is often close to the conditions that lead to flow separation, it is critical to be able to predict the phenomenon in order to develop control strategies. Since the pioneering work of Prandtl who was the first to introduce the boundary layer concept, a universal criterion for predicting the separation, applicable to all flows regardless of their characteristics, has yet to be developed. Many theories have emerged, but most of the time, they only apply to specific flow types (described with boundary layer equations, under compressible or incompressible assumptions, considered stationary or bidimensional, etc.). Although historically the separation has been described with Lagrangian methods by simply observing the detachment of fluid particles from a wall, most of the time, Eulerian methods are used to quantify the separation in the scientific literature. The Lagrangian approach has been reintroduced about ten years ago and has led to completely new and innovative descriptions of flow separation. This recent theory results in the unification of apparently contradictory results obtained on different flows. However it seems that this theory is not yet complete. The objective of this work is to highlight certain features of flow separation that are not included in the recent theoretical developments using different test cases ranging from simple viscous flows to more complex turbulent flows. Analytical and numerical approaches are proposed to detect the separation, and are then applied to analytical, numerical (finite element method) and experimental (particle image velocimetry measurements) velocity fields. Although a new theory is not developed, we show that Lagrangian approaches from dynamic systems are definitely relevant because they are obtained directly from the kinematics of fluids, making them objective and independent of the flow regime, compressibility and the frame of reference.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie mécanique
Dissertation/thesis director: Jérôme Vétel and André Garon
Date Deposited: 13 Jul 2016 13:16
Last Modified: 27 Jun 2019 16:48
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/2101/

Statistics

Total downloads

Downloads per month in the last year

Origin of downloads

Repository Staff Only