Instationnarités dans une bulle de décollement turbulente: Étude expérimentale

摘要

La dynamique d'un ecoulement turbulent massivement decolle ou bulle de decollement turbulente (TSB) dont le decollement est provoque par l'imposition d'une succession de gradients de pression adverse et favorable sur une plaque plane a ete etudiee experimentalement. Cette etude est realisee dans une soufflerie aerodynamique subsonique a circuit ouvert en utilisant plusieurs moyens de mesures, a savoir l'anemometrie a fil chaud, des capteurs de pression piezoresistifs et la velocimetrie par images de particules (PIV). La vitesse de l'ecoulement potentiel a l'infini amont est de 25 m/s et le nombre de Reynolds construit avec l'epaisseur de quantite de mouvement de la couche limite en amont du point de decollement est de Retheta 5000.;La dynamique de la TSB a ete analysee en se basant essentiellement sur les densites spectrales de puissance et les fonctions de correlations des fluctuations de pression et de vitesse issues des mesures ponctuelles ainsi que la decomposition orthogonale en modes propres (POD) des champs de vitesse mesures par PIV. Cette dynamique, dans laquelle deux phenomenes associes a des echelles temporelles distinctes prennent place, est bi-modale. Ces deux phenomenes sont relatifs au mouvement global de la TSB a basse frequence et induisant de fortes variations de sa taille instantanee, et au mouvement convectif des structures coherentes (CS) de la couche de cisaillement englobant la TSB et leur lâcher pseudo-periodique a moyenne frequence. Le premier mode POD, contenant ∼ 30% de l'energie totale, a ete associe au mouvement global de la TSB. Lorsqu'il est utilise pour construire un modele reduit de l'ecoulement, il decrit les cycles de contraction / dilatation de la TSB, denommes mouvement de respiration. Ce mouvement provoque des changement de la longueur de la TSB allant a ∼ 90% de sa longueur moyenne et conduit a des fluctuations de pression a basse frequence qui sont observees principalement en amont du point de decollement et en aval du point de recollement. Les mecanismes physiques etablis pour d'autres types de la TSB et pouvant piloter ce mouvement ont ete discutes, neanmoins aucun d'entre eux ne semble vraisemblable dans la presente configuration de TSB. Le mode de lâcher tourbillonnaire est associe a une frequence qui, lorsqu'elle est normalisee par l'epaisseur de vorticite et la vitesse de convection des structures, resulte en une frequence reduite en tres bonne concordance avec celle obtenue dans une couche de melange plane. La couche de cisaillement se developpe en grande partie en amont du point de decollement moyen via un processus similaire a celui observe dans une couche de melange plane.