Étude de contrôle des écoulements, Study of flow control

Fethi Aloui

Description

Sous la direction de Azeddine Kourta, Sassi Ben Nasrallah
Thèse soutenue le 13 mars 2010: École nationale d'Ingénieurs de Monastir (Tunisie), INPT
Pour améliorer les performances aérodynamiques notamment dans le domaine des transports (aéronautique, automobile, ..), le contrôle des écoulements constitue une solution de rupture prometteuse. Il présente à la fois un enjeu majeur pour l'industrie et un défi pour les scientifiques. Les retombées visées par le contrôle (notamment actif) sont d'ordre à la fois économique (réduction de la consommation) et environnemental (diminution des gaz à effet de serre). L'efficacité du contrôle est intimement liée à l'actionneur utilisé. Les actionneurs fluidiques et tout particulièrement le jet synthétique, semblent être une technique prometteuse de progrès. L'objectif de ce travail est le développement, la validation et la mise en œuvre de ce type d'actionneur. Nous avons ainsi conçu un actionneur de type jet synthétique basé sur un haut parleur. Les performances de cet actionneur ont été évaluées dans un milieu au repos en utilisant à la fois l'anémométrie à fil chaud et la PIV. Les effets des différents paramètres ont été analysés (fréquence, amplitude de forçage, …). Une attention particulière a été consacrée à l'étude de l'inclinaison de la fente d'éjection. Trois inclinaisons ont été utilisées (30°, 45° et 90°). Dans chaque cas l'évolution du jet synthétique ainsi que celle des tourbillons ont été caractérisées. Par les mêmes techniques de mesure dans une soufflerie, nous avons étudiés l'interaction du jet synthétique avec un écoulement transverse. Des visualisations par fumée du contrôle du décollement par cet actionneur montrent ses capacités à pouvoir recoller l'écoulement.
-Jet synthétique
-Contrôle des décollements
-Actionneur
-Piv
-Turbulence
To improve the aerodynamic performance particularly in the field of transport (aerospace, automotive, ..), the flow control is a promising solution for rupture. It presents at the same time a major stake for industry and a challenge for the scientists. The fallout aimed by control (particularly active control) are of an at the same time economic (reduction of consumption) and environmental (decrease of greenhouse gases). The effectiveness of control is closely related to the actuator used. The fluidic actuators and particularly the synthetic jet appear to be a promising technique for progress. The objective of this work is the development, validation and implementation of this type of actuator. We thus designed an actuator of the synthetic jet type based on a loudspeaker. The performances of this actuator were estimated in a quiescent environment. Both hot wire anemometer and the Particle Image Velocimetry (PIV) are used. The effects of different parameters were analyzed (frequency, amplitude forcing, ...). Particular attention has been devoted to the study of the inclination of the ejection slot. Three angles were used (30 °, 45 ° and 90 °). In each case the development of synthetic jet and the vortices have been characterized. By the same techniques of measurement in a wind tunnel, we have studied the interaction of the synthetic jet with a transverse flow. Visualizations by smoke control detachment by the actuator to show his ability to pick up the flow.
-Synthetic jet
-Separation control
-Actuator
-Piv
-Turbulence
Source: http://www.theses.fr/2010INPT0109/document

Sujets

• Actionneur

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 155
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par L'Institut National Polythechniques de Toulouse
Discipline ou spécialité : Dynamique des Fluides


Présentée et soutenue par ALOUI Fethi
Le 13/03/2010

Titre : Etude de Contrôle des Ecoulements

JURY
ALOUI Fethi, Maitre de Conférance Habité à la Faculté des Sciences et des Techniques-Nantes,
Rapporteur
Taieb LILI, Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis, Rapporteur
Jean-Paul BONNET, Directeur de Recherche CNRS- LEA-Poitiers, Examinateur
Abdelmajid JEMNI, Professeur à l'Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir, Président
Azeddine KOURTA, Professeur à l'Institut Polytechnique d’Orléans, Directeur de thèse
Sassi Ben NASLLAH, Professeur à l'Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir, Directeur de thèse

Ecole doctorale : M.E.G.E.P
Unité de recherche : Institut de Mécanique des Fluides (IMFT)
Directeur(s) de Thèse : Azeddine Kourta / Sassi Ben Nasrallah
Rapporteurs : Taieb LILI / Fethi ALOUI



























Remerciements




J'ai attendu tout au long de la thèse la rédaction de cette dernière page qui en marquerait la fin.
En réalité, j'ai eu beaucoup de mal à rédiger cette page et clore définitivement cette étude.

Je tiens à remercier sincèrement Monsieur Sassi BEN NASRALLAH, Professeur à l’École
Nationale d’Ingénieurs de Monastir, de m’avoir proposé en tant que candidat pour une thèse de
Doctorat ce travail, et pour la confiance qu’il m’a accordée. Je vous remercie également pour tous les
conseils et les remarques scientifiques qui ont servi pour l’orientation de ce travail.

Je voudrai remercier et exprimer ma plus profonde gratitude à Monsieur Azeddine KOURTA,
Professeur à l’Institut PRISME Polytechnique d’Orléans. Je tiens à vous remercier pour m’avoir
encadré et d’avoir mobilisé énormément de votre temps pour l’avancement et l’aboutissement de ma
thèse. Je vous remercie à titre personnel, et bien que les mots me manquent d’avoir fait le maximum
pour que ce travail aille jusqu’au bout. J’espère que vous garderez un bon souvenir de votre thésard, car
je garderai toujours ce souvenir en ce qui me concerne.

J’exprime ma profonde gratitude à Messieurs Fethi ALOUI, Maître de conférence à
l’Université de Nantes et Taieb LILI, Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis qui ont accepté la
lourde tâche d'en être les rapporteurs ainsi que pour les commentaires qu'ils ont formulé à cette
occasion.

J’exprime ma profonde gratitude à Monsieur Jean-Paul BONNET, Directeur de Recherche
CNRS LEA, Poitiers pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant de d’examiner cette thèse et de
participer au jury d’examen.

Je remercie également Monsieur le Professeur Abdelmajid JEMNI, qui m'a fait l'honneur de
présider mon jury de thèse.

Je tiens finalement à remercier Monsieur, Maher BEN CHIEKH Maître Assistant à l’École
Nationale d’Ingénieurs de Monastir, pour l’aide que vous m’avez fourni.

Je remercie aussi bien l’ensemble du personnel administratif et technique de l’IMFT et de
LESTE.

J’ai réservé mes pensées les plus sincères à mes ami(e)s qui m’ont comblé par leurs sympathies.
Une pensée du coeur à mes parents outre mer, et je leurs dis même si vous n’êtes pas présents
physiquement, vous êtes dans mon coeur….


Table des matières


Introduction Générale ......................................................................................................................................... 1

1 STRUCTURE DE LA COUCHE LIMITE ...................................................................................................... 6
1.1 GENERALITES SUR LES STRUCTURES COHERENTES ...................................................................................... 8
1.2 DEFINITION D’UNE STRUCTURE COHERENTE................................................................................................ 8
1.3 TECHNIQUES DE DETECTION DES STRUCTURES COHERENTES....................................................................... 9
1.4 PHENOMENES PHYSIQUES ET STRUCTURES COHERENTES ........................................................................... 10
1.5 STRUCTURE TOURBILLONNAIRE EN FER A CHEVAL .................................................................................... 11
1.6 STRIES DE COUCHE LIMITE......................................................................................................................... 14
1.7 PHENOMENE DE BURSTING.......................................................................................................................... 14
1.8 DESCRIPTION DES STRUCTURES SUIVANT LES REGIONS.............................................................................. 15
2 LE PHENOMENE DE DECOLLEMENT DE LA COUCHE LIMITE...................................................... 16
2.1 LA PHYSIQUE ............................................................................................................................................. 16
2.2 EFFET DE LA TRANSITION LAMINAIRE / TURBULENT SUR LE DECOLLEMENT............................................... 18
3 CONTROLE DE DECOLLEMENT .............................................................................................................. 19
3.1 METHODE DE CONTROLE DU DECOLLEMENT.............................................................................................. 19
3.2 LE CONTROLE PASSIF ................................................................................................................................. 22
3.2.1 Parois rainurées ou ‘’riblets’’ ............................................................................................................. 23
3.2.2 Surfaces viscoélastiques....................................................................................................................... 25
3.2.3 Polymères............................................................................................................................................. 26
3.2.3.1 Effetsurlechampmoyen ......................................................................................................................26
3.2.3.2 Effetsurlesgrandeursturbulentes ....................................................................................................27
3.2.4 Dispositif ‘’LEBU’’.............................................................................................................................. 27
3.2.5 Modification des propriétés mécaniques de la paroi ........................................................................... 28
3.3 LE CONTROLE ACTIF .................................................................................................................................. 28
3.3.1 Contrôle acoustique ............................................................................................................................. 29
3.3.2 Paroi mobile......................................................................................................................................... 29
3.3.3 Contrôle thermique .............................................................................................................................. 31
3.3.4 Le contrôle électromagnétique............................................................................................................. 31
3.3.5 Moyens fluidiques actifs....................................................................................................................... 33
4 CONCLUSION................................................................................................................................................. 36


1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .......................................................................................................... 41
2 LES DIFFERENTS ACTIONNEURS DE JET SYNTHETIQUES............................................................. 41
3 PARAMETRE DU JET SYNTHETIQUE ..................................................................................................... 43
4 CARACTERISTIQUES D’UN JET SYNTHETIQUE ................................................................................. 45
4.1 LA LONGUEUR DE DECHARGE .................................................................................................................... 45
4.2 ECHELLE DE VITESSE .............................................................