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Analyse physique et modélisation d'écoulements incompressibles instationnaires turbulents autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds

Perrin, Rodolphe (2005) Analyse physique et modélisation d'écoulements incompressibles instationnaires turbulents autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds. (Physical analysis and modelisation of unsteady incompressible turbulent flows past a circular cylinder at high Reynolds number.)

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Abstract

L'écoulement turbulent autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds est analysé expérimentalement en utilisant les techniques PIV, PIV Stéréoscopique et PIV haute cadence. Les nombres de Reynolds étudiés correspondent à l'entrée de l'écoulement dans le régime critique, marqué par la diminution de la traînée, et où le point de transition rejoint le point de décollement et la couche limite devient turbulente. Le cylindre est placé en milieu confiné afin de permettre des comparaisons avec des simulations numériques effectuées sur un domaine réaliste. Une base de données permettant la validation et l'amélioration des modèles de turbulence pour les approches statistiques avancées est ainsi fournie. Une attention particulière est portée à la décomposition du mouvement en une composante organisée et une composante aléatoire. Pour ceci, la décomposition en moyenne de phase, puis la décomposition en modes propres orthogonaux (POD), sont appliquées et comparées. L'utilisation de la POD permet également une amélioration de l'évaluation des moyennes de phase. Les contributions des mouvements organisé et chaotique au tenseur des contraintes turbulentes, ainsi que les transferts d'énergie entre ces différentes composantes du mouvement sont ensuite analysés. ABSTRACT : The flow past a circular cylinder at high Reynolds number is studied by means of the experimental techniques PIV, Stereoscopic PIV and Time Revolved PIV. At the Reynolds numbers that have been studied, the flow is at the beginning of the critical regime, which is characterised by the « drag crisis ». The cylinder is placed in a confined environment to allow comparisons with realistic numerical simulations. A data base allowing the validation and improvement of the turbulence models in the context of advanced statistical approaches is then furnished. Particular attention is devoted to the separation of the flow into an organised component and a chaotic one. To do this task, the phase averaging technique and the proper orthogonal decomposition (POD) are applied and compared. The use of the POD allows also an enhancement of the phase averaging. Then, the contributions of both organised and chaotic components to the Reynolds stress tensor, as well as the energy transferts between these components of the motion, are analysed.

Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Braza, Marianna
Uncontrolled Keywords:Cylindre circulaire - Turbulence de sillage - PIV - PIV stéréoscopique - PIV haute cadence - Structures cohérentes - Moyenne de phase - LSE – POD. KEYWORDS : Circular cylinder - Wake - Turbulence - PIV - Stereoscopic PIV - Time resolved PIV - Coherent Structures - Phase averaging - LSE - POD.
Subjects:Hydraulics > Fluid mechanics
Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:19 May 2006

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