Upload
rochelle-leger
View
109
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Effets de la rotation sur un jet turbulent
Samuel Davoust3ème annéeDir. L. JacquinBourse DGA Ecole Doctorale Polytechnique
2
Plan
• Contexte / Problématiques
• Moyens expérimentaux
• Effets du Swirl : croissance et turbulence
• Effets du Swirl : dynamique instationnaire
3
Contexte
• Contexte Industriel• La propulsion, une application majeure de l’écoulement de jet:
Problématiques:
• Réduction du bruit émis
• Augmenter la discrétion thermique (mélange)
(AIRBUS / SAFRAN ) (DASSAULT / SAFRAN )
4
Contexte
• Contexte Scientifique• Un écoulement prototype pour la turbulence et les instabilités
Visualisation par tomoscopie (DAFE)
Observation de
l’instabilité linéaire initiale
Structure cohérente
dans la zone turbulente
5
Kelvin-Helmholtz (KH)
- Michalke (1984)
(KH), Centrifugal Instabilities, Kelvin Waves- Gallaire and Chomaz (2003)
Saturation of KH, rings and streamwise structures- Liepmann and Gharib (1992)
Helical modes and vortex breakdown- Liang and Maxworthy (2005)
Self similar growth and Coherent Structures-Tso and Hussain (1989)- Citrinity and George (2000)
More growth and different structures- Metha et al. (1991)- McIlwain and Pollard (2001)
Jet Jet Tournant
Instabilité
linéaire
Bas nombre
de Reynol
ds
Haut nombre
de Reynol
ds
Revue bibliographique des effets du swirl
6
Déroulement de la thèse
• Expérience et Métrologie• Mise en place d’un écoulement de jet tournant à haut Reynolds• Utiliser et valider expérimentalement l’outil FOLKI-PIV • Participer à la mise en place de la PIV résolue en temps
• Objectifs• Mieux comprendre les effets de la rotation sur cet écoulement• Décrire la dynamique instationnaire de la turbulence de jet
7
Moyens expérimentaux
• Soufflerie R4Ch, ONERA / DAFE, Meudon
8
Moyens expérimentaux
• Condition en sortie
Profils de vitesse en sortie de jet Vitesse de rotation solide en fonction de S
9
Moyens expérimentaux
• Montage expérimental de la PIV stéréo:
Nappe Laser
Soufflerie
Plaque de calibration
Caméra 2
Caméra 1
Axe du jet
10
Moyens expérimentaux
• Campagnes de PIV Stéréo, et PIV Stéréo Haute Cadence
Schéma des différents plans PIV
11
Effets du Swirl : croissance et turbulence
• Effet du swirl sur le developpement du jet:
S=0
12
Effets du Swirl : croissance et turbulence
S=0.2
• Effet du swirl sur le developpement du jet:
13
Effets du Swirl : croissance et turbulence
S=0.4
• Effet du swirl sur le developpement du jet:
14
Effets du Swirl : croissance et turbulence
S=0.6
• Effet du swirl sur le developpement du jet:
15
Effets du Swirl : croissance et turbulence
S=0.8
• Effet du swirl sur le developpement du jet:
16
Effets du Swirl : croissance et turbulence
• Variations du taux de croissance et de l’énergie cinétique turbulente maximale de la couche de mélange:
z=1 z=2
17
• Augmentation de la production d’energie cinétique turbulente
• En terme de la courbure locale Rc:
Effets du Swirl : croissance et turbulence
Rapport épaisseur / courbure
Transport turbulent
ProductionDissipation
Terme de Production:
Energie cinétique turbulente:
18
Effets du Swirl : croissance et turbulence
Alignement du tenseur de Reynolds avec la Déformation
S=0 S=0.6
• Augmentation de la production: explication• Directions propres des tenseurs de Reynolds et de
Déformation
19
• Augmentation de la production: explication• Renforcement de l’anisotropie du tenseur de Reynolds
Effets du Swirl : croissance et turbulence
Rapport épaisseur sur courbure
Evolution de la 1ere valeur propre du tenseur de
Reynolds:
20
Effets du Swirl : dynamique instationnaire
• Résultat brut de PIV: séquence de champs de vecteurs
21
Effets du Swirl : dynamique instationnaire
• Description du champ de vitesse
Spectre temporel: comparaison PIV RT– Fil Chaud
θ
u(r,θ,t)
22
Effets du Swirl : dynamique instationnaire
• Réduction de la dynamique instationnaire (S=0)
Mode m=0 (analyse POD)
Trace d’un tourbillon de vorticité axiale (Cliché PIV)
23
Conclusion
• Travaux en cours sur cet aspect : Effet du swirl
• Les effets de la rotation pourront permettre de mieux comprendre les interactions entre les mécanismes physiques à l’oeuvre dans un jet
Champ moyen
Oscillation du coeur du jet
Structures turbulentes
Instabilités linéaires Méchanisme d’étirement,Instabilités secondaires
Dissipation, transport…:Mélange et croissance
24
• Formations:• Instabilities and control of shear flows. P.Huerre, P.Schmid, Ecole
Polytechnique, (’08).• Propriété Intellectuelle et brevets. J. Schmitt, (’10).
• Enseignements:• ENSTA-Paristech : Travaux dirigés• Ecole Polytechnique : Travaux pratiques en soufflerie
25
• Conférences:• Motion of a sphere suspended in a turbulent jet. S. Davoust and L.
Jacquin. Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP 6), June 09, Seoul, South Korea.
• Effect of swirl on the turbulent axisymmetric mixing layer. S. Davoust, B. Leclaire and L. Jacquin. Euromech Fluid Mechanics Conference (EFMC 8), September 10, Bad Reichenhall, Germany.
• Effect of swirl on the axisymmetric mixing layer. S. Davoust, B. Leclaire and L. Jacquin. Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP 7), July 11, Ottawa, Canada.
26
• Publications:• Increasing PIV computation speed using highly parallel iterative
correlation maximization. F. Champagnat, A. Plyer, G. Le Besnerais, B. Leclaire, S. Davoust and Y. Le Sant. Accepted for publication in Experiment in Fluids
• FOLKI-SPIV: a new, ultra-fast approach for Stereo PIV. B. Leclaire, Y. Le Sant, S. Davoust, F. Champagnat and G. Le Besnerai . In revision for publication in Experiment in Fluids.
• Taylor’s hypothesis convection velocity from mass conservation equation. S. Davoust and L. Jacquin. Submitted to Physics of Fluids.
• En préparation:• The dynamics of m=0 and m=1 modes and of streamwise vortices in a
turbulent axisymmetric mixing layer. • Effect of swirl on a turbulent axisymmetric mixing layer.