Simulation numérique directe de la turbulence de paroi soumise à un gradient de pression défavorable

Abstract

L'objectif principal de ce travail est d'analyser les effets d'un gradient de pression défavorable modéré sur la dynamique d'écoulement d'une couche limite turbulente. Dans ce contexte, une simulation numérique directe (DNS) de la couche limite turbulente (TBL) soumise à un gradient de pression défavorable modéré (APG) hors équilibre a été réalisée jusqu'à un Reynolds de 8000 en utilisant le code open-source Incompact3d. Une large base de données résolues en temps et en espace a été collectée et utilisée pour analyser les statistiques de la turbulence. Une attention particulière a été consacrée à l'existence et à l'évolution du pic de contraintes de Reynolds observé dans la zone externe de la couche limite. Différentes échelles de vitesse ont été étudiées, testées et confrontées aux résultats numériques. L'échelle de vitesse basée sur la contrainte de cisaillement permet de mettre à l'échelle tous les profils de contraintes de Reynolds pour plusieurs nombres de Reynolds, ce qui indique que toutes les contraintes de Reynolds sont associées à une dynamique unique des structures turbulentes.Les structures cohérentes à grande échelle des fluctuations de vitesse longitudinales ont été étudiées en utilisant la corrélation spatiale en deux points. Une comparaison avec un cas sans gradient de pression à un nombre de Reynolds équivalent nous permet d'étudier l'effet du gradient de pression sur la taille et l'inclinaison des structures cohérentes attachées. Une étude approfondie sur les structures cohérentes a également été réalisée, où chaque structure a été détectée séparément en utilisant une méthode de seuillage afin de distinguer les effets des grandes et petites échelles et de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent la dynamique de ces structures. La contribution des mouvements de grande échelle (LSM) sur les contraintes de Reynolds en comparaison avec le cas ZPG a également été analysée.