Simulations numériques directes du contrôle électromagnétique. Étude de l'impact d'un forçage électromagnétique
Résumé
Electromagnetic flow control (CEM) in seawater allows to apply local body forces directly to a flow in chosen regions. Actuators, made of wall-flush electrodes and permanent magnets, are an original mean of applying a force over the boundary layer. These electromagnetic body forces are local and their curl is a source of vorticity. They can be used in a network along the wall and activated periodically in time and space. Previous work, Rossi L. et al. (2002), experimentally showed the possibility of modifying coherent structures produced synthetically in a laminar boundary layer using electromagnetic forcing (EM). In the present study, a direct numerical simulation (DNS) based on Paulo Orlandi's code is undertaken, Orlandi P. (2000). This kind of simulation is an essential tool in identifying the active mechanisms for each of the control schemes studied. An ordinary turbulent boundary layer is computed and then the coherent structures in this boundary layer are identified. The next stage consists in imposing local electromagnetic forcing to this flow and in analyzing the response of the flow to this.
Le contrôle électromagnétique (CEM) d'écoulement en eau de mer permet d'appliquer directement au sein d'un écoulement des forces volumiques locales dans des régions choisies de celui-ci. Des actionneurs électromagnétiques (EM), constitués d'aimants permanents et d'électrodes pariétales, constituent un moyen original de forçage sur une couche limite d'eau de mer. Les forces électromagnétiques volumiques appliquées sont locales et leur rotationnel est une source directe de vorticité. Ces actionneurs peuvent être associés en réseau et activés périodiquement en espace et en temps. Des travaux précédents, Rossi L. et al. (2002), ont montré expérimentalement la possibilité d'altération, par forçage électromagnétique (EM), de structures cohérentes produites synthétiquement dans une couche limite laminaire. Dans la présente étude, une simulation numérique directe (SND) basée sur le code de Paulo Orlandi est entreprise, Orlandi P. (2000). La SND constitue un outil essentiel à l'identification des mécanismes actifs pour chaque schéma de contrôle envisagé. Le travail accompli porte en première étape sur le calcul d'une couche limite turbulente ordinaire non-actionnée. Le champ turbulent obtenu est d'une part comparé avec succès à ceux des travaux faisant référence, d'autre part il constitue le champ initial à un ensemble de simulations de forçage. Les résultats sont analysés sur les champs de vitesse calculés et sur l'identification des structures cohérentes présentes dans cette couche. La seconde étape consiste à imposer divers forçages électromagnétiques locaux à l'écoulement et à analyser la réponse de ce dernier à ces forçages.