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Thèse Année : 2005

Unsteadinesses, shock wave motions and large scale structures in a shock wave / turbulent boundary layer interaction

Instationnarités, mouvements d'onde de choc et tourbillons à grandes échelles dans une interaction onde de choc / couche limite avec décollement

Résumé

An experimental study has been performed in a Mach 2.3 shock wave/ detached turbulent boundary layer interaction (oblique shock reflection on a plane wall), to understand the physical phenomena taking place in such flows. In particular the generation and the development of low frequencies is analysed. Space and time organization of this interaction has been examined for several flow deflection angles (from 7 to 9.5°). One and two point measurements were performed with wall pressure transducers or constant temperature anemometers. Data analysis led to characterize different regions: the reflected shock wave is characterized by its low frequency oscillations and moves over an extent varying from one to two boundary layer thicknesses. A dimensionless frequency associated with the shock low frequency motion (Strouhal number) is proposed, which leads to the comparison of our results with those obtained in other types of interaction. The detachment zone shows great similarities with subsonic detached flows, with remarkable specificities due to the flow compressibility. The connections between the unsteady shock wave and the detached region have been investigated and the mechanisms explaining their nature in other configurations of interaction were also studied. Moreover, the spanwise spatial organization of the detachment was explored with Particle Image Velocimetry measurements and revealed, for the highest shock intensities, two counter-rotative vortices developing inside the recirculating bubble. Their mean rate of rotation determined near the wall is found of same order as the frequency related to the reflected shock motion.
Une étude expérimentale a été effectuée sur une configuration d'interaction à Mach 2.3 entre un choc incident et une couche limite turbulente (réflexion de choc oblique sur paroi plane) engendrant un décollement suivi d'un recollement, en vue de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans ce type d'interaction : apparition et entretien de basses fréquences. Pour cela, l'organisation spatiale et temporelle de cet écoulement a été examinée pour différents angles de déflexion du générateur de choc (de 7 à 9.5°). Les données en paroi ou en champ en un ou plusieurs points proviennent de mesures effectuées à l'aide de capteurs de pression ou par anémométrie à fil chaud. L'analyse de ces données a permis de caractériser les différentes zones : le choc réfléchi instationnaire est animé d'un mouvement basse fréquence, avec des longueurs d'excursion variant d'une à deux fois l'épaisseur de couche limite initiale, cette longueur s'atténuant à l'extérieur de la couche. La construction d'une fréquence adimensionnelle associée aux oscillations basses fréquences du choc réfléchi (nombre de Strouhal) a permis de regrouper l'ensemble des résultats ainsi que ceux obtenus dans la littérature pour d'autres configurations d'interaction. Le décollement présente de grandes similitudes avec les décollements subsoniques, avec toutefois certaines spécificités propres à la compressibilité de notre écoulement. L'étude des connexions entre le choc réfléchi instationnaire et le décollement ont permis de revisiter les mécanismes proposés dans des configurations d'interaction différentes qui expliquent la nature de ces liaisons. Par ailleurs, l'organisation transversale du décollement a été explorée à l'aide de mesures effectuées par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) et a mis en évidence, pour les décollements les plus intenses, deux tourbillons contra-rotatifs de type trombe se développant au cœur de la zone de recirculation et dont les fréquences de rotation moyennes déterminées en paroi sont voisines de celles du choc réfléchi.
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  • HAL Id : tel-00008394 , version 1

Citer

Christian Haddad. Instationnarités, mouvements d'onde de choc et tourbillons à grandes échelles dans une interaction onde de choc / couche limite avec décollement. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008394⟩
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