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Thèse Année : 2011

Dynamics of turbulent junction flows

Dynamique des écoulements de jonction en régime turbulent

Fabien Gand
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 920884

Résumé

Junctions areas, for instance at the wing-fuselage junction, are of utmost importance on aircraft. However, the aerodynamics of such intersection regions still remains unclear and challenging to predict, both experimentally and numerically. Therefore, this study aimed at identifying and analysing the origins and properties of the phenomena involved within junctions so as to investigate the onset of corner separations. The preliminary literature review allowed the assumption of preferred conditions for the existence of corner separations. Thus, dedicated configurations were set up in order to investigate these conditions in wind tunnel and by CFD. The thorough analysis of a first test case highlighted the global dynamics of the horseshoe vortex. The well known bimodal behaviour as well as cross flow oscillations - so-called meandering - have been characterised thanks to the Large Eddy Simulation approach. The high level of turbulence anisotropy in the corner area is supposed to be the main reason of the bad results obtained with statistical models during this study. Eventually, the sensitivity study of the first test case showed that the corner separation is likely to be triggered by increasing the aerodynamic load on the junction. This work emphasizes the need to improve the knowledge of corner separations physics in order to be able to predict them accurately. This will not be achieved without the creation of junction-flows-dedicated databases, which are still lacking.
Les zones de jonction sont incontournables sur un aéronef, par exemple au raccord entre une aile et un fuselage. Malgré cela, les phénomènes aérodynamiques se produisant à l'intersection entre deux surfaces sont mal connus et difficiles à prévoir tant expérimentalement que numériquement. Par conséquent, l'étude proposée dans le présent mémoire a consisté à identifier et analyser l'origine et les propriétés physiques des phénomènes mis en jeu au sein d'écoulements de jonction afin d'étudier les conditions d'apparition des décollements de coin. La démarche a été initiée par l'analyse de la littérature qui a permis de déterminer un domaine de conditions supposées favorables aux décollements de coin. Des configurations spécifiques ont ainsi été mises en place afin de tester ces conditions de manière expérimentale et numérique. L' analyse d'une première configuration a mis en évidence la dynamique d'ensemble du tourbillon en fer à cheval. Les pulsations bimodales du tourbillon dont fait état la littérature et ses oscillations transverses ont été caractérisées au moyen d'une simulation aux grandes échelles. Le fort niveau d'anisotropie de la turbulence relevé dans la région de coin est supposé responsable du mauvais comportement des modèles statistiques standards. Enfin, l'étude des sensibilités de cette configuration a fait apparaître une tendance au décollement de coin dans les cas à forts chargement aérodynamique. Ce travail souligne la nécessité d'approfondir les connaissances sur le décollement de coin afin d'en permettre une prévision fiable. Cela repose sur la création de bases de données expérimentales dédiées aux écoulements de jonction qui sont encore peu nombreuses.
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Dates et versions

tel-00671006 , version 1 (16-02-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00671006 , version 1

Citer

Fabien Gand. Dynamique des écoulements de jonction en régime turbulent. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00671006⟩
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