Experimental analysis of a conical vortex model and its sensitivity to upstream turbulence. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Experimental analysis of a conical vortex model and its sensitivity to upstream turbulence.

Analyse expérimentale d'un modèle de tourbillon conique et de sa sensibilité à une turbulence amont

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Luis Fernando Gouveia de Moraes
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 912240

Résumé

The experimental research presented in this thesis aims to study the influence of an upstream flow with and without free stream turbulence (FST) on conical vortices (primary and secondary) generated from a A-pillar strut. This flow configuration is encountered on land vehicles and the interaction of the A-pillar vortices with the side windows is the main contributor to aerodynamic noise transmitted in the car. A model of dihedral type was designed and tested in a wind tunnel in order to generate these vortices. Spatial and temporal properties of velocity and wall pressure fields were studied using simultaneously PIV (or stereo-PIV) measurements and fluctuating wall pressure measurements using off-set sensors. It has been shown that moderate free-stream turbulence (intensity : 4%) leads to a very important modification of the shape of the A-pillar vortex and of the resulting wall pressure field (Cp'). Our conjecture - based on the study of statistical moments and spatio-temporal correlations - is that without FST, the main contribution to Cp' is linked to the local contribution of the 3D vortex core and induced separation. On the contrary, Cp', in presence of FST, seems to be associated with a global response of the 3D separation and induced aerodynamic field around the body. The difference observed with and without FST in the pressure and velocity fields have a significant impact on the Cp' and means that these contributions might be transmitted in very different ways by the car structure because the frequency and length scale range are very distinct. The inclusion of simple geometric devices on the model has been further tested. We have shown that these devices modify very significantly the development of the conical vortex and of its fluctuating pressure footprint.
La recherche expérimentale, présentée dans cette thèse, a pour objectif l'étude de l'influence d'un écoulement amont turbulent ou non sur les tourbillons coniques (primaire et secondaire) engendrés à partir d'une configuration de montant de baie. Cette configuration d'écoulement est rencontrée sur les véhicules terrestres et l'interaction des tourbillons avec les vitres latérales du véhicule est le principal responsable du bruit aérodynamique transmis dans le véhicule. Une maquette du type dièdre a été conçue et testée en soufflerie afin de générer et d'étudier ces tourbillons coniques. Les propriétés spatiales et temporelles des champs de vitesse et de pression pariétale ont été étudiées en associant simultanément la mesure de la vitesse par PIV ou Stéréo-PIV à la mesure de pression pariétale fluctuante par capteurs déportés. Nous avons montré qu'un niveau modéré de turbulence amont (intensité : 4%) se traduit par une modification très importante de la dynamique du tourbillon et de la pression pariétale fluctuante associée (Cp'). Notre conjecture - basée sur l'étude des moments statistiques et des corrélations spatio-temporelles - est qu'en l'absence de turbulence externe, la contribution principale au Cp' est liée à l'empreinte du coeur tourbillonnaire et du décollement secondaire induit. Au contraire, en présence de turbulence amont, la forte augmentation du Cp' semble associée à une réponse globale de la structure tourbillonnaire et à la modification associée de l'aérodynamique autour du corps. L'inclusion de dispositifs géométriques simples de contrôle passif sur la maquette a fait objet d'essais supplémentaires. Nous avons montré que ces dispositifs permettent de modifier très significativement le développement de la structure tourbillonnaire et son empreinte en terme de pression pariétale fluctuante.
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Dates et versions

tel-00632367 , version 1 (14-10-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00632367 , version 1

Citer

Luis Fernando Gouveia de Moraes. Analyse expérimentale d'un modèle de tourbillon conique et de sa sensibilité à une turbulence amont. Sciences de l'ingénieur [physics]. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00632367⟩
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