Etudes de modèles de turbulence pour les couches limites tridimensionnelles Malecki, Pierre 1994-11-21 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Houdeville, Robert Laboratoire :  Département d’Etudes et de Recherches en Aérothermodynamique -DERAT Ecole doctorale :  Ecole doctorale indéterminée Classification : Physique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Couche limite tridimensionnelle, Modèles de turbulence au second ordre, Corrélation pression-déformation, Terme de redistribution, Turbulence tridimensionnelle, Méthode numérique, Couche limite en mode inverse Résumé : La couche limite tridimensionnelle turbulente est le siège de phénomènes complexes, particulièrement du point de vue de la structure de la turbulence. L’exploitation des propriétés des équations de Prandtl permet un calcul très rapide par une méthode de marche en espace, ce qui facilite l'étude des performances de modèles de fermeture complexes. Le code de calcul de couche limite du CERT/DERAT a été étendu pour permettre des calculs en mode inverse ; des modèles de turbulence classiques, reposant sur l’intégration de une à cinq équations de transport pour les moments turbulents, ont été inclus dans la méthode en vue d’une utilisation industrielle. La surface sur laquelle se développe la couche limite peut être donnée par plusieurs blocs de maillage structuré, et la méthode proposée permet la coexistence de zones laminaires, transitionnelles ou turbulentes avec équations de transport. En couche limite tridimensionnelle, la contrainte de cisaillement turbulente n'est pas alignée avec la contrainte visqueuse. Les modèles a viscosité tourbillonnaire étant incapables de reproduire cette propriété, une autre partie de l’étude, plus fondamentale, examine les développements récents sur la fermeture au second ordre. L'accent porte particulièrement sur le tenseur des corrélations pression-déformation, et ses propriétés pour la couche limite tridimensionnelle sont étudiées. Les adaptations nécessaires pour prendre en compte la présence de la paroi sont également présentées. Tout le tenseur à de Reynolds a été intégré numériquement par des approches à une ou deux couches pour évaluer des fermetures récentes non linéaires en écoulement tridimensionnel, sur les cas d’une aile en flèche et d’un ellipsoïde de révolution en incidence. Une excellente prévision de l’écoulement moyen, et des désalignements, bien qu’encore trop peu importants, ont pu être obtenus avec certains modèles. Résumé (anglais) : Complex phenomena occur in three-dimensional turbulent boundary layers, especially as far turbulence structure is concerned. Taking advantage of the Prandtl equation properties, rapid computations using a space-marching method can be performed making the numerical study of complex turbulence models easier. The boundary layer code developed at the CERT/DERAT has been extended to allow inverse mode computations. Classical turbulence models requiring integration of one to five transport equations have been included in the numerical method. The boundary layer develops on a surface that may be represented by several zones of a structured grid. The proposed method can deal with the coexistence of laminar, transitional and turbulent regions. In a three-dimensional boundary layer, the turbulent shear stress does not have the same direction as the viscous shear stress. Since turbulence models based on the eddy viscosity concept are unable to reproduce this characteristic, the proposed work also reviews the recent developments in second-moment closure. Attention is focused on the pressure/rate-of-strain term, and its properties for three-dimensional boundary layers are examined. A study of the corrections needed to deal with the presence of solid boundaries is also presented. All components of the Reynolds stress tensor have been computed using two- and one-layer approaches, in order to evaluate recent non-linear models in the cases of a swept wing and of a prolate spheroid at incidence. Some models are able to predict mean flow characteristics with a very good accuracy, and they provide some improvement in the prediction of the shear stress direction. Langue : Français

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