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Effets de la rotation sur un jet turbulent Samuel Davoust 3ème année Dir. L. Jacquin Bourse DGA Ecole Doctorale Polytechnique.

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1 Effets de la rotation sur un jet turbulent Samuel Davoust 3ème année Dir. L. Jacquin Bourse DGA Ecole Doctorale Polytechnique

2 2 Plan Contexte / Problématiques Moyens expérimentaux Effets du Swirl : croissance et turbulence Effets du Swirl : dynamique instationnaire

3 3 Contexte Contexte Industriel La propulsion, une application majeure de lécoulement de jet : Problématiques: Réduction du bruit émis Augmenter la discrétion thermique (mélange) (AIRBUS / SAFRAN )(DASSAULT / SAFRAN )

4 4 Contexte Contexte Scientifique Un écoulement prototype pour la turbulence et les instabilités Visualisation par tomoscopie (DAFE) Observation de linstabilité linéaire initiale Structure cohérente dans la zone turbulente

5 5 Kelvin-Helmholtz (KH) - Michalke (1984) (KH), Centrifugal Instabilities, Kelvin Waves - Gallaire and Chomaz (2003) Saturation of KH, rings and streamwise structures - Liepmann and Gharib (1992) Helical modes and vortex breakdown - Liang and Maxworthy (2005) Self similar growth and Coherent Structures - Tso and Hussain (1989) - Citrinity and George (2000) More growth and different structures - Metha et al. (1991) - McIlwain and Pollard (2001) JetJet Tournant Instabilité linéaire Bas nombre de Reynolds Haut nombre de Reynolds Revue bibliographique des effets du swirl

6 6 Déroulement de la thèse Expérience et Métrologie Mise en place dun écoulement de jet tournant à haut Reynolds Utiliser et valider expérimentalement loutil FOLKI-PIV Participer à la mise en place de la PIV résolue en temps Objectifs Mieux comprendre les effets de la rotation sur cet écoulement Décrire la dynamique instationnaire de la turbulence de jet

7 7 Moyens expérimentaux Soufflerie R4Ch, ONERA / DAFE, Meudon

8 8 Moyens expérimentaux Condition en sortie Profils de vitesse en sortie de jetVitesse de rotation solide en fonction de S

9 9 Moyens expérimentaux Montage expérimental de la PIV stéréo: Nappe Laser Soufflerie Plaque de calibration Caméra 2 Caméra 1 Axe du jet

10 10 Moyens expérimentaux Campagnes de PIV Stéréo, et PIV Stéréo Haute Cadence Schéma des différents plans PIV

11 11 Effets du Swirl : croissance et turbulence Effet du swirl sur le developpement du jet: S=0

12 12 Effets du Swirl : croissance et turbulence S=0.2 Effet du swirl sur le developpement du jet:

13 13 Effets du Swirl : croissance et turbulence S=0.4 Effet du swirl sur le developpement du jet:

14 14 Effets du Swirl : croissance et turbulence S=0.6 Effet du swirl sur le developpement du jet:

15 15 Effets du Swirl : croissance et turbulence S=0.8 Effet du swirl sur le developpement du jet:

16 16 Effets du Swirl : croissance et turbulence Variations du taux de croissance et de lénergie cinétique turbulente maximale de la couche de mélange: z=1z=2

17 17 Augmentation de la production denergie cinétique turbulente En terme de la courbure locale Rc: Effets du Swirl : croissance et turbulence Rapport épaisseur / courbure Transport turbulent Production Dissipation Terme de Production: Energie cinétique turbulente:

18 18 Effets du Swirl : croissance et turbulence Alignement du tenseur de Reynolds avec la Déformation S=0 S=0.6 Augmentation de la production: explication Directions propres des tenseurs de Reynolds et de Déformation

19 19 Augmentation de la production: explication Renforcement de lanisotropie du tenseur de Reynolds Effets du Swirl : croissance et turbulence Rapport épaisseur sur courbure Evolution de la 1ere valeur propre du tenseur de Reynolds:

20 20 Effets du Swirl : dynamique instationnaire Résultat brut de PIV: séquence de champs de vecteurs

21 21 Effets du Swirl : dynamique instationnaire Description du champ de vitesse Spectre temporel: comparaison PIV RT– Fil Chaud θ u(r,θ,t)

22 22 Effets du Swirl : dynamique instationnaire Réduction de la dynamique instationnaire (S=0) Mode m=0 (analyse POD) Trace dun tourbillon de vorticité axiale (Cliché PIV)

23 23 Conclusion Travaux en cours sur cet aspect : Effet du swirl Les effets de la rotation pourront permettre de mieux comprendre les interactions entre les mécanismes physiques à loeuvre dans un jet Champ moyen Oscillation du coeur du jet Structures turbulentes Instabilités linéaires Méchanisme détirement, Instabilités secondaires Dissipation, transport…: Mélange et croissance

24 24 Formations: Instabilities and control of shear flows. P.Huerre, P.Schmid, Ecole Polytechnique, (08). Propriété Intellectuelle et brevets. J. Schmitt, (10). Enseignements: ENSTA-Paristech : Travaux dirigés Ecole Polytechnique : Travaux pratiques en soufflerie

25 25 Conférences: Motion of a sphere suspended in a turbulent jet. S. Davoust and L. Jacquin. Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP 6), June 09, Seoul, South Korea. Effect of swirl on the turbulent axisymmetric mixing layer. S. Davoust, B. Leclaire and L. Jacquin. Euromech Fluid Mechanics Conference (EFMC 8), September 10, Bad Reichenhall, Germany. Effect of swirl on the axisymmetric mixing layer. S. Davoust, B. Leclaire and L. Jacquin. Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP 7), July 11, Ottawa, Canada.

26 26 Publications: Increasing PIV computation speed using highly parallel iterative correlation maximization. F. Champagnat, A. Plyer, G. Le Besnerais, B. Leclaire, S. Davoust and Y. Le Sant. Accepted for publication in Experiment in Fluids FOLKI-SPIV: a new, ultra-fast approach for Stereo PIV. B. Leclaire, Y. Le Sant, S. Davoust, F. Champagnat and G. Le Besnerai. In revision for publication in Experiment in Fluids. Taylors hypothesis convection velocity from mass conservation equation. S. Davoust and L. Jacquin. Submitted to Physics of Fluids. En préparation: The dynamics of m=0 and m=1 modes and of streamwise vortices in a turbulent axisymmetric mixing layer. Effect of swirl on a turbulent axisymmetric mixing layer.


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