Titre/Title :
Etude des structures cohérentes se développant autour d’un cylindre à section carrée : un problème multi-échelles
Contact :
Christophe Brun
Résumé/Abstract :
L’écoulement autour d’un cylindre est un problème multi-échelle dans le sens où deux types d’instabilités hydrodynamiques se développent dans le proche sillage, les instabilités de Kelvin-Helmholtz (KH) dans la couche cisaillée décollée et les instabilités de Karman (VK) dans le sillage. Si pour le cas d’un cylindre à section circulaire, l’interaction entre ces deux types de structures cohérentes a été largement étudiée (Bloor JFM 1964 ; Braza, Chassaing, Ha-Minh JFM 1986 ; Prasad, Williamson JFM199, Dong, Karniadakis, Eckmeki, Rockwell JFM 2006...), la configuration du cylindre a section carrée a reçu beaucoup moins d’attention. Dans l’étude présente on s’intéresse en particulier à l’interaction des différentes échelles caractéristiques de l’écoulement turbulent décollé sur les cotés du cylindre à différents régimes de Reynolds et en s’appuyant sur des méthodes à la fois expérimentales et numériques capables d’une haute résolution spatio-temporelle. Pour les régimes de Reynolds de 500 à 2.000, la méthode de Simulation des Grandes Echelles de la turbulence a été choisie afin d’accéder aux caractéristiques instationnaires les plus énergétiques de l’écoulement. Les simulations numériques sont effectuées avec le code Trio_U développé par le CEA-Grenoble. Pour les régimes de Reynolds de 20.000 à 200.000, une campagne expérimentale a été menée dans la soufflerie du LME-Orléans (section d’essais de 2m de coté, vitesse de 3 à 30 m/s). Des séries temporelles de vitesse ont été mesurées par Anémométrie Laser Doppler. La haute résolution fréquentielle de ces mesures (10 à 20 KHz à 3 m/s) assure la prise en compte dans le signal des éventuelles fréquences associées aux KH. On s’appuie sur une analyse spatiale (critère Q de visualisation de la vorticité) et temporelle (basée sur la transformée en ondelettes) pour caractériser le comportement des principales structures cohérentes et leur interaction. On s’intéresse en particulier à l’effet du régime de Reynolds sur la séparation d’échelles, le rapport entre fréquences de KH et fréquences de Karman augmentant avec la racine du nombre de Reynolds.