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Non-equilibrium wall-bounded turbulence and associated noise generation

Date :
Cet événement est passé.
Type :
Soutenance de thèse
Lieu :
Par Zoom

Description :
Doctorant: Saurabh Pargal

Directeur de recherche: Stéphane Moreau

Codirecteur de recherche: Junlin Yuan

Résumé: Cette thèse étudie la réponse de la turbulence dans des écoulements hors équilibre, tels que les écoulements transitoires dans un canal périodique et les couches limite se développant spatialement soumises à des gradients de pression. Une telle étude fondamentale est importante pour comprendre la génération du bruit dans des écoulements complexes turbulents. Premièrement, pour comprendre la dynamique d'écoulements transitoires soumis à une accélération, des simulations directes d'écoulements instationnaires dans un canal périodique soumis à une accélération impulsionnelle ont été réalisées. L'écoulement turbulent subit une transition inversée vers un état quasi-laminaire, suivi par une nouvelle phase de transition vers un nouvel équilibre. Pour réduire le coût de calcul, la méthode de l'envergure minimale du domaine de calcul est appliquée et validée pour de telles simulations instationnaires. Des comparaisons détaillées avec un cas d'envergure complète montrent que la simulation avec une envergure minimale capture l'essentiel de la dynamique de l'écoulement durant la phase de transition, et ce malgré quelques petites différences attribuées à la croissance plus lente des tourbillons longitudinaux le long de la paroi (``streaks''). Deuxièmement, pour étudier les couches limite hors équilibre sur une paroi convexe, des simulations directes sur l'extrados d'un profil aérodynamique et d'une plaque plane sont comparées. Les deux cas sont caractérisés par le même gradient de pression adverse dans la direction de l'écoulement.  Pour la couche limite sur le profil, on utilise les données existantes de la simulation directe de~ \cite{wu2019effects} autour du profil à diffusion contrôlée (CD). Pour la couche limite sur la plaque plane, une nouvelle simulation directe a été réalisée avec le même gradient de pression adverse que sur le profil. La comparaison des deux cas montre que la courbure de la paroi convexe peut modifier la turbulence dans une couche limite soumise à un gradient de pression adverse qui est important dans les applications industrielles comme les écoulements dans des ventilateurs. Cependant les modifications restent mineures et la comparaison montre que le développement des couches limite turbulentes dans les deux cas est semblable. Ceci implique que la couche limite sur une plaque sur un domaine réduit peut servir de substitut à celle sur un profil aérodynamique qui requiert un domaine plus grand et des ressources de calcul plus importants.  Finalement, la dernière étape a été d'évaluer les différents modèles analytiques de fluctuations de pression pariétale qui sont au centre des prédictions de bruit dans les couches limite turbulentes hors équilibre qui se développent sur les pales de ventilateurs. Les limites des modèles précédents sont évaluées et de nouveaux paramètres ne faisant pas intervenir le frottement pariétal mal défini dans une couche limite à fort gradient de pression adverse sont proposés. Le rôle primordial de la zone logarithmique dans la couche limite turbulente sur le gabarit spectral des spectres de pression pariétale est aussi mis en évidence. Le nouveau modèle de spectre de pression pariétale est ensuite testé sur des plusieurs couches limite attachées avec des gradients de pression favorable, adverse, et des écoulements décollés à divers nombres de Reynolds basés sur l'épaisseur de quantité de mouvement. Les données proviennent de bases de données expérimentales et numériques existantes. Des simulations directes supplémentaires ont également été réalisées pour étendre les résultats numériques (notamment sur le profil CD) à des nombres de Reynolds plus élevés. Pour la première fois, un modèle est capable de reproduire les spectres de pression pariétale pour tous ces types d'écoulement.