Combustion, Risques et Génie Civil
Ecoulements compressibles, Ondes de Choc et Inte
Milieux divisés
Physiques des Transferts

Etude expérimentale et numérique des instationnarités et instabilités dans les décollements de couches limites supersoniques

Les décollements de couches limites sont l’objet de pulsations à basses fréquences, en général à plusieurs ordres de grandeur en dessous des fréquences de la turbulence de couche limite. On a montré que ces basses fréquences, dans le cas des décollements provoqués par des ondes de choc, sont liées au ‘flapping' de la couche de cisaillement bordant le décollement. L’objectif de ces recherches est d’examiner si ces observations relèvent de la stabilité, en d’autres termes, on examinera si les mouvements des grosses structures formées dans les décollements relèvent d’une analyse de stabilité, éventuellement globale et linéaire, même en milieu turbulent. L’approche reposera sur les trois contributions classiques, expérimentale, numérique et théorique. Les d’études s’appuieront sur des cas d’écoulement dont les caractéristiques globales ont déjà été explorées à l’IUSTI, à savoir une réflexion d’onde de choc oblique sur une paroi adiabatique ou chauffée où se développe une couche limite turbulente. Les recherches permettront la comparaison des propriétés spatio-temporelles de ces fluctuations entre des expériences, des analyses de stabilité et des simulations numériques (simulation des grandes échelles, LES). Elles permettront aussi de vérifier si l’influence du chauffage sur la fréquence des instationnarités est celle décrite par un schéma simple basé sur la conservation de la masse; il sera aussi vérifié si ces interactions sur plaque chauffée sont moins influencées par les effets tridimensionnels liés au confinement. Les cas d’interactions transitionnelles (laminaire/turbulent) dont les échelles de temps peuvent être différentes de celles des cas précédents pourra être aussi examiné. Les principaux résultats attendus doivent permettre de montrer si les instationnarités observées dans les interactions onde de choc couche limite sont associées à des phénomènes oscillants auto-entretenus, dont les paramètres sont définis par l'interaction elle-même ou bien s’ils dépendent des conditions extérieures. La caractérisation de la dynamique de ces instationnarités, linéaire ou non-linéaire, donnera des indications sur l’adéquation des analyses à la description de ces phénomènes et, le cas échéant, permettra d'orienter le choix des méthodes d'analyse de stabilité à développer pour l'étude de ce type d'écoulement.
Les moyens nécessaires devant être employés et/ou acquis sont de divers ordres. D’une part, l’emploi de la soufflerie supersonique devra être fait avec un soutien technique suffisant. Des techniques expérimentales avancées comme la Dual-PIV, ou les applications de la LSE (Linear Stochastic Estimate) seront utilisées. Des méthodes de haute précision devront être mises en œuvre pour les écoulements retour avec de fortes intensités de turbulence, qui posent un certain nombre de problèmes métrologiques. Il faudra aussi à terme disposer pour les simulations numériques directes d’un code d’ordre plus élevé que le code actuellement utilisé pour les simulations LES. Ce code pourrait être développé en collaboration avec des organismes et laboratoires extérieurs (ONERA, Univ. Southampton, Univ. Rome… par exemple). Enfin, de manière plus générale des collaborations et/ou des recrutements devront être développés pour mener à bien les travaux analytiques envisagés.
 



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