Optimization of a 4D-PTV metrology for the characterization of a turbulent flow at very small scales
Optimisation d'une métrologie 4D-PTV pour la caractérisation d'un écoulement turbulent à très petites échelles
Résumé
The fundamental study of turbulence is of significant importance due to its dominant role in many fields of physics, engineering sciences, astrophysics, aeronautics, etc. Turbulent dissipation plays a central role in turbulent flow and is therefore an important quantity in turbulence models. With the aim of characterizing this dissipation, the present work is based on a particle tracking technique called "Shake-The Box" to measure three-dimensional velocity fields as function of time at a resolution which can approach dissipative scale. The experimental setup and processing of the Shake the Box technique have been optimized and pushed to their limits in order to improve the spatial resolution and the accuracy of the measured Lagrangian trajectories. The approach used in this thesis was based not only on experimental data but also on the synthetic PIV images based on direct numerical simulation of the Navier Stokes equations. The quantitative and qualitative investigation allows us to define the optimal parameters for our targeted application on a Giant Von Karmen flow and gives the limits of the method
L'étude fondamentale de la turbulence revêt d’une importance significative en raison de son rôle dominant dans de nombreux domaines de la physique, des sciences de l'ingénieur, de l'astrophysique, de l'aéronautique, etc. La dissipation turbulente joue un rôle central dans l'écoulement turbulent et est donc une quantité importante dans les modèles de turbulence. Dans le but de caractériser cette dissipation, le présent travail est basé sur une technique de suivi de particules appelée "Shake-The Box" pour mesurer les champs de vitesse tridimensionnels en fonction du temps à une résolution pouvant avoisiner l'échelle dissipative. Le dispositif expérimental et le traitement de la technique Shake the Box ont été optimisés et poussés à leurs limites afin d'améliorer la résolution spatiale et la précision des trajectoires lagrangiennes mesurées. L'approche utilisée dans cette thèse est basée non seulement sur des données expérimentales mais aussi sur les images synthétiques PIV basées sur une simulation numérique directe des équations de Navier Stokes. L'investigation quantitative et qualitative nous permet de définir les paramètres optimaux pour notre application ciblée sur un écoulement de Von Karman Géant et donne les limites de la méthode
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