Obstacles fractals/multi-échelles pour le contrôle passif de la séparation des écoulements turbulents

Abstract

Cette thèse vise à développer un nouveau dispositif passif de contrôle de l’écoulement(FCD) basé sur le concept fractal/multi-échelles. Les obstacles fractals sont placées en amont d’une marche descendant arrondie (BFS) et l’étude est menée à un nombre de Reynolds Reh = 100 000 (basés sur la hauteur h de la BFS et la vitesse d’entrée de la soufflerie). Cependant, des tests à Reh = 33 000 ont aussi été réalisés pour vérifier l’influence du nombre de Reynolds. La technique de vélocimétrie par image de particules (PIV) a été utilisée pour toutes les expériences. La région de recirculation BFS est plus petite pour les FCD fractals/multi-échelles (S1, S2 et S3 basées sur une superposition de courbes sinusoı̈dales) que pour l’écoulement de référence et pour le cas d’un obstacle droit (L) ayant la même hauteur et la même surface frontale que les FCD fractals. Au fur et à mesure que le nombre d’itérations fractales augmente (S1 à S2 à S3), le point de rattachement moyen XR se rapproche de la marche et la région de recirculation BFS est remodelée dans le plan transversal. En aval du FCD, à mesure que le nombre d’itérations fractales augmente, des tourbillons de plus en plus petits et nombreux sont générés, ce qui accroı̂t l’hétérogénéité dans la direction de l’envergure. En fonction de la position transverse, différents types de tourbillons sont générés, certains tourbillons redirigeant l’écoulement vers la paroi et d’autres redirigeant l’écoulement loin de la paroi, ce qui augmente le transfert de quantité de mouvement entre les fluides rapides et les fluides lents. Des essais complémentaires modifiant la longueur et la hauteur de la courbe des FCD fractals ont finalement été effectués pour optimiser leur efficacité.