Étude en soufflerie atmosphérique des interactions entre canopée urbaine et basse atmosphère par PIV stéréoscopique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

A wind tunnel study of the interactions between the urban canopy flow and the lower atmosphere via stereoscopic PIV

Étude en soufflerie atmosphérique des interactions entre canopée urbaine et basse atmosphère par PIV stéréoscopique

Résumé

The urban surface layer in neutral conditions is studied based on an atmospheric wind tunnel simulation and velocity measurements by hot wire anemometry and stereoscopic PIV. First, the flow is characterized by one-point statistical quantities, such as mean velocity, Reynolds stresses and power spectra of the longitudinal component, as a function of height. The roughness parameters and the structure of the surface layer are also estimated. Then, maps of two-point correlations and quadrants of diagonal Reynolds stresses confirm the presence of coherent movements existing in models for the turbulence organization in smooth-wall boundary layers, from a certain height. Particular attention is devoted to the presence and the action of the transversal coherent movements which, coupled with the vertical coherent movements, participate to the flux transfer close to the canopy. Finally, the analysis of dynamics of the shear layer at the top of an obstacle shows a flapping behavior correlated with the intermittent shedding of vortex clusters from the obstacle, large-scale vertical coherent movements from the boundary layer penetrating the canopy layer and small scale coherent movements of ejection. This finding shows a mutual influence between the atmospheric boundary layer and the urban canopy flow.
La couche de surface urbaine en conditions neutres est étudiée expérimentalement à l'aide d'une simulation en soufflerie atmosphérique et en utilisant des mesures de vitesse issues de l'anémométrie à fils chauds et de la PIV stéréoscopique. D'abord, l'écoulement généré est caractérisé par des quantités statistiques en un point, telles que la vitesse moyenne, les tensions de Reynolds et le spectre d'énergie de la composante longitudinale, en fonction de l'altitude. Les paramètres de rugosité et la structure de la couche de surface sont déterminés. Puis, l'analyse de cartes de coefficients de corrélation spatiale en deux points et des quadrants des tensions croisées de Reynolds confirme la présence de mouvements cohérents apparaissant dans les modèles d'organisation de la turbulence de couche limite sur paroi plane. Ceci va dans le sens d'une universalité de cette organisation pour la couche limite turbulente sur paroi, à partir d'une certaine altitude. Un intérêt particulier est porté sur la présence et l'action des mouvements cohérents transversaux qui, couplés aux mouvements cohérents verticaux, participent aux transferts de flux à proximité de la canopée. Enfin, l'analyse de la dynamique de la couche de cisaillement au sommet d'un obstacle met en exergue un mouvement de battement corrélé avec des lâchers de grappes de tourbillons originaires de l'obstacle, des mouvements cohérents verticaux de grande échelle originaires de l'écoulement de la couche limite et pénétrant la canopée, ainsi que des mouvements cohérents d'éjection de petite échelle. Ceci met en exergue une influence mutuelle de la couche limite atmosphérique et de l'écoulement issue de la canopée urbaine.
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Dates et versions

tel-00974997 , version 1 (08-04-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00974997 , version 1

Citer

Cédric Rivet. Étude en soufflerie atmosphérique des interactions entre canopée urbaine et basse atmosphère par PIV stéréoscopique. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00974997⟩
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