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Office National dÉtudes et de Recherches Aérospatiales www.onera.fr Modélisation de la turbulence en écoulement compressible Modélisation de la turbulence.

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1 Office National dÉtudes et de Recherches Aérospatiales Modélisation de la turbulence en écoulement compressible Modélisation de la turbulence en écoulement compressible Bertrand AUPOIX

2 Page 2 Hommage au Pr. Alziary de Roquefort Roscoff 1990 Discussion dans le bus (suite à ma présentation) Turbulence en écoulement compressible Pas de choc (interaction choc/turbulence)

3 Page 3 Turbulence compressible (A3F Spatial) ? Couche limite super/hypersonique Prévision du frottement et chasseur, missile du flux de chaleur pariétallanceur (coiffe, moteur) Couche de mélange Mélange dans (super)statoréacteur lanceur, missile Film de refroidissement lanceur Nouveaux challenges Signature infrarougechasseur, missile Transmission aéro-optique

4 Page 4 Modélisation de turbulence en écoulement compressible Différents problèmes Compressible Champ moyen compressible (masse volumique variable) Couche limite Champ turbulent compressible (div u 0) Couche de mélange Modèles développés en incompressible Extension en compressible Expérience « Théorie » Simulations

5 Page 5 Couche limite Prévision du frottement pariétal Morkovin : écoulement turbulent incompressible pour M < 5 Confirmé récemment par DNS Même problème pour prévision du flux de chaleur

6 Page 6 Prévision du frottement pariétal Apport de lexpérience Avant les expériences Après

7 Page 7 Prévision du frottement pariétal Dimensionnement en couche limite Expérience Retrouve profils de tensions de Reynols analogues à lincompressible (DNS : faible effet de compressibilité) Référence : frottement pariétal p

8 Page 8 Prévision du frottement pariétal Amortissement de paroi Extension des fonctions damortissement Mach 5 - Paroi froide Mach 5 - Paroi adiabatique S. Viala, confirmé pour de nombreux cas

9 Page 9 Prévision du frottement pariétal Effets des variations de masse volumique Equations de transport

10 Page 10 Prévision du frottement pariétal Effets des variations de masse volumique Expérience de Mabey et al. (Mach 4)

11 Page 11 Couche de mélange Vision instantanée / moyenne Taux douverture

12 Page 12 Couche de mélange Effet du rapport des masses volumiques Prévision du taux douverture u 2 =0

13 Page 13 Couche de mélange Effet du rapport des masses volumiques Terme barocline dans léquation pour Terme 1 : Aupoix Terme 3 : DNS Kreuzinger, Friedrich et Gatski Pas de modèle totalement satisfaisant Est-ce la bonne approche ?

14 Page 14 Couche de mélange Effet du rapport des masses volumiques Confirmation du dimensionnement des tensions DNS Lamballais adimensionnement par Confirme Dussauge

15 Page 15 Couche de mélange Effet du nombre de Mach convectif Référence Langley (1972) ? Dimotakis (1990) ?

16 Page 16 Couche de mélange Effet du nombre de Mach convectif DNS de turbulence isotrope Effets dilatationnels Mais physique fausse

17 Page 17 Couche de mélange Effet du nombre de Mach convectif La vraie physique Ecoulement cisaillé plan Production Redistribution DNS : Diminution de la redistribution par la pression Paramètre : Mach de gradient

18 Page 18 Couche de mélange Effet du nombre de Mach convectif Comment prévoir avec un modèle simple ? Notion de tourbillon sonique Révision nécessaire Marche quel que soit la modélisation (longueur de mélange, k- …)

19 Page 19 Couche de mélange Effet du nombre de Mach convectif Prévision avec concept tourbillon sonique Appliqué par H. Deniau à expérience S. Bellaud

20 Page 20 Conclusions et Perspectives Progrès importants dans prévisions frottement, flux de chaleur, couche de mélange Développements via programmes « amont » (PREPHA) Appliqués à programmes « techno » (ARIANE 4 & 5) Appui sur expérience, théorie et simulations Danger Compréhension de la physique : général, applicable à tout modèle pas calibration ad-hoc Reste du travail à faire

21 Page 21 Conclusions et Perspectives Leitmotiv rebattu Pourquoi continuer les recherches sur les modèles de turbulence, il ny a pas eu de progrès depuis… Espère avoir démontré le contraire Pourquoi continuer à payer des retraites, il ny a pas de progrès dans les cannes à pêche, les boules de pétanque... Important de combattre ce type de leitmotiv


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