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Longobardi, Raffaele. Instabilité hydrodynamique dans les systèmes d'écoulement complexes

Longobardi, Raffaele (2019). Instabilité hydrodynamique dans les systèmes d'écoulement complexes.

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Résumé en francais

L'analyse de stabilité est un outil très puissant pour étudier les propriétés de systèmes fluides complexes, tels que des sillages, des jets, des bulles de recirculation, etc. Dans ce travail, la théorie de la stabilité linéaire a été appliquée à des situations très différentes. Dans la première partie, nous étudions les caractéristiques de stabilité d'un micro-mélangeur bidimensionnel en forme de T avec une texture super hydrophobe anisotrope à la surface du canal de sortie, utilisant un'approche de stabilité globale. Un'analyse paramétrique a été réalisée en faisant varier les propriétés de la surface, c'est-à-dire la longueur équivalente de glissement des rainures et leur angle d'orientation par rapport à la direction principale du gradient de pression. Nous avons caractérisé à la fois l'instabilité primaire et secondaire de ce type d'écoulement. Nous avons montré que dans certaines conditions, la présence de la SHS génère une instabilité instationnaire, capable d'améliorer le mélange dans le canal. Les parties deuxième et troisième concernent l'étude d'un jet laminaire visqueux à travers une ouverture circulaire utilisant une approche linéarisée incompressible. En particulier, dans la deuxième partie nous avons considéré un écoulement passant par un trou d'épaisseur nulle. Nous avons calculé la réponse de ce type d'écoulement à des perturbations harmoniques. Nous avons caractérisé à la fois l'amplification spatiale des perturbations et l'impédance, définie comme le rapport entre le saut de pression et le debis traversant le trou, qui est une quantité essentielle pour étudier la réponse du jet à un forçage acoustique. En raison de la grande amplification spatiale de la perturbation, le calcul requis un traitement spéciale des conditions limites à la sortie, et devient tôt impossible à mesure que le nombre de Reynolds augmente. Nous avons introduit une méthode basée sur la continuation analytique dans le plan complexe de la coordonnée axiale, qui nous permet d'étendre la gamme du nombre de Reynolds étudié jusqu'à Re = 3000. La troisième partie concerne la stabilité d'un jet passant à travers une ouverture circulaire dans une plaque épaisse. Les expériences et les simulations montrent que si la plaque est suffisamment épaisse, de fortes oscillations périodiques peuvent se produire et conduire à des sifflements caractéristiques, suggérant l'existence d'un mécanisme de rétroaction conduisant à des oscillations auto-entretenues. Nous avons montré que, contrairement aux attentes précédentes, le mécanisme de rétroaction n'est pas lié à l'acoustique, mais qu'une instabilité peut exister dans une description purement incompressible. Nous étudions les propriétés de stabilité de ce type d'écoulement en utilisant à la fois le critère de Nyquist, basé sur l'analyse d'impédance, et l'approche classique de stabilité globale. Enfin, l'analyse de sensibilité structurelle a montré que l'instabilité est associée à la présence d'une région de recirculation dans le trou. Dans la dernière partie, nous avons appliqué l'analyse de stabilité pour étudier la production sonore d'une configuration plus traditionnelle, à savoir l'appel d'oiseaux, où l'écoulement est contraint de passer par deux trous successifs dans des plaques incurvées. Bien que le fonctionnement de ce sifflet classique soit un phénomène compressible, l'approche incompressible peut fournir des informations utiles, du moins dans la région proche du trou. Nous avons utilisé initialement une approche de stabilité purement incompressible pour identifier les conditions critiques, les fréquences globales, et la structure des modes propres globaux résultants. Afin d'évaluer les effets compressibles, qui peuvent être pertinents dans la cavité entre les deux trous, nous avons modélisé la cavité comme un résonateur de Helmholtz. Enfin, une analyse compressible complète de la stabilité est effectuée afin de vérifier la validité de ces approches simplifiées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Fabre, David
Luchini, Paolo
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), UMR 5502
Mots-clés libres :Computationel - Stabilité - Fluides
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :14 Jan 2020 11:07