Contrôle actif d'écoulements décollés par jets pulsés : étude numérique et expérimentale de l'écoulement autour d'une rampe descendante
Résumé
This dissertation is a contibution to the FOSCO (FOrcing Separation COntrol) project. This project aim at the comprehension of the tridimensionnal separation mechanisms and its control by pulsed jets for the case of a 25° slanted ramp. This geometry has been chosen to model the separated flow topology featured in manifold application cases of automotive and aeronautical indutries. The manuscript showcases the results of experimental investigations conducted so as to characterize the flow topology and to validate a numerical simulation code which the main features (Immersed Boundary, DES, solver) are described. The parallelisation of the code is also investigated. The implementation of a vortex identification method from maps of PIV measurement along with the wake flow frequency analysis lead to highlight the aerodynamical loop mechanism of the separation and the role played by the Kelvin-Helmholtz instabilities. This characterization is added complementally to the analysis of the static pressure field on the slanted face to define a control strategy tailored for a given airflow speed. A method to evaluate the drag force based on the integral form of the momentum equation is introduced and then applied in order to quantify the effects of the various control strategy from an energy efficiency perspective.
Ce mémoire est une contribution au projet FOSCO (FOrcing Separation COntrol). Ce projet a pour but la compréhension des mécanismes du décollement tridimensionnel et de son contrôle par jets pulsés pour le cas d'une rampe descendante inclinée à 25°. Cette géométrie simplifiée a été choisie pour modéliser la topologie de l'écoulement décollé présent dans de nombreux cas d'application des industries automobiles et aéronautiques. Le manuscrit présente les résultats de mesures expérimentales visant à caractériser la topologie de l'écoulement et à valider un code de simulation numérique dont les principales caractéristiques (IB, DES, solveur) sont décrites. Le degré de parallélisation du code est
également étudié. La mise en oeuvre d'une méthode de détection des structures cohérentes à partir de plans de mesure PIV ainsi qu'une analyse fréquentielle du sillage ont permis de mettre en évidence le mécanisme de bouclage aérodynamique du décollement et le rôle des instabilités de Kelvin-Helmholtz. Cette caractérisation est utilisée, en complément de l'analyse des pressions statiques sur le plan incliné, pour définir une stratégie de contrôle adaptée à la vitesse de l'écoulement. Une méthode d'évaluation de la traînée du corps au moyen d'un bilan intégral de quantité de mouvement est présentée puis appliquée pour la quantification énergétique des effets des différentes stratégies de contrôle.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)