Design de grilles multi-échelles inhomogènes pour la génération de profils moyens de vitesse logarithmiques représentatifs de la couche limite atmosphérique

Abstract

La génération en soufflerie d'écoulements représentatifs de la Couche Limite Atmosphérique (CLA) requiert encore aujourd'hui l'utilisation de méthodes de design par essai-erreur, à reproduire pour toutes nouvelles installations et toutes nouvelles configurations souhaitées. Pour tenter de réduire cette difficulté, un nouveau type de grilles passives – les grilles multi-échelle inhomogènes (MIGs) – est proposé. Elles tirent parti d'une variation d'obstruction locale et d'interactions entre sillages pour contrôler à la fois le champs moyens et l'intensité turbulente en aval de grille. Le travail actuel décrit plusieurs modèles théoriques permettant la prédiction du champs moyens générés par MIGs. Ces prédictions sont comparées à des résultats expérimentaux par anemémotrie par fils chauds (Hot-Wire Anemometry) dans la soufflerie SCL-PIV de l'ONERA de Lille (Section HxW = 290 mm ×300 mm, vitesse jusqu'à 30 m/s). En premier lieu, un algorithme de design de grilles, basé sur le modèle de McCArthy (1964), est utilisé pour proposer des grilles MIG produisant des profils de vitesse moyenne logarithmiques pour une longueur de rugosité équivalente ℎ0 compatible avec la rugosité de plaques de LEGO®. L'interaction des écoulements générés avec une paroi rugueuse est étudiée, révélant de bons résultats dans la partie centrale de la soufflerie, au contraire de la zone de proche paroi qui montre des différences significatives avec les résultats d'autres dispositifs passifs comme des "spires". Ce travail permet d'orienter l'étude future sur une meilleure compréhension des structures turbulentes produites dans ces écoulements, ce qui sera déterminant par ailleurs pour le développement d'un modèle de prédiction de la turbulence en aval de grilles.