Instabilités de sillage générées derrière un corps solide cylindrique, fixe ou mobile dans un fluide visqueux

摘要

Ce travail porte sur la compréhension des instabilités de sillage générées par des corps solides axisymétriques immergés dans un fluide newtonien incompressible, homogène et monophasique. La forme des objets est principalement cylindrique; leur hauteur est toujours inférieure à leur diamètre. Des comparaisons sont effectuées avec le cas référent de la sphère solide. Deux contextes sont abordés: le cas fixe et le cas mobile. udLe premier cas se penche sur la formation de structures tourbillonnaires en aval d'un obstacle fixe, dû à un écoulement incident uniforme et stationnaire. Le paramètre adimensionnel gouvernant la physique du problème est le nombre de Reynolds basé sur la vitesse incidente, la taille caractéristique de l'objet et la viscosité cinématique du fluide. La gamme balayée du nombre de Reynolds permet l'obtention des écoulements de Stokes jusqu'à la transition vers le chaos.udLe second cas place le corps libre de se mouvoir dans un fluide visqueux au repos, sous l'effet de la gravité. Les paramètres pertinents, ici, seront le rapport des masses volumiques, le nombre d'Archimède (ou nombre de Galilée) tenant compte des effets de flottabilité, de la viscosité et des dimensions géométriques propres au corps. Les régimes hydrodynamiques observés correspondent à la même catégorie que ceux précédemment cités pour les corps fixes. udL'outil utilisé pour approcher le sujet est la simulation numérique. Le code employé résout les équations de Navier-Stokes 3D instationnaires de manière directe avec, pour la partie dynamique, la résolution couplée des équations de Kirchhoff généralisées. udUne étude mathématique, basée sur la théorie des formes normales, est développée pour aider à la cartographie des bifurcations rencontrées, ainsi qu'à la caractérisation des différents modes instationnaires.