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Wall shear stress characterization of a 3D bluff-body separated flow
No full textEfficient flow control strategies aimed at reducing the aerodynamic drag of road vehicles require a detailed knowledge of the reference flow. In this work, the flow around the rear slanted window of a generic car model was experimentally studied through wall shear stress measurements using an electrochemical method. The mean and fluctuating wall shear stress within the wall impact regions of the recirculation bubble and the main longitudinal vortex structures which develop above the rear window are presented. Correlations allow a more detailed characterization of the recirculation phenomenon within the separation bubble. In the model symmetry plane the recirculation structure compares well with simpler 2D configurations; specific lengths, flapping motion and shedding of large-scale vortices are observed, these similarities diminish when leaving the middle plane due to the strong three-dimensionality of the flow. A specific attention is paid to the convection processes occurring within the recirculation: a downstream convection velocity is observed, in accordance with 2D recirculations from the literature, and an upstream convection is highlighted along the entire bubble length which has not been underlined in some previous canonical configurations
Volumetric 3-component velocimetry measurements of the flow field on the rear window of a generic car model
No full textVolumetric 3-component Velocimetry measurements are carried out in the flow field around the rear window of a generic car model, the so-called Ahmed body. This particular flow field is known to be highly unsteady, three dimensional and characterized by strong vortices. The volumetric velocity measurements from the present experiments provide the most comprehensive data for this flow field to date. The present study focuses on the wake flow modifications which result from using a simple flow control device, such as the one recently employed by Fourrié et al. [1]. The mean data clearly show the structure of this complex flow and confirm the drag reduction mechanism suggested by Fourrié et al. The results show that strengthening the separated flow leads to weakening the longitudinal vortices and vice versa. The present paper shows that the Volumetric 3-component Velocimetry technique is a powerful tool used for a better understanding of a threedimensional unsteady complex flow such that developing around a bluffbody
Contribution expérimentale au contrôle d'écoulement d'un corps épais par jets synthétiques : application à l'aérodynamique automobile
No full textAujourd’hui, la politique européenne incite les industriels de l’automobile à concevoir des véhicules “propres”, ainsi des normes de plus en plus contraignantes visant notamment à réduire les émissions de gaz à effet de serre ont vu le jour. Les ingénieurs sont donc amenés à envisager des solutions innovantes basées sur le contrôle des écoulements, en particulier celui des décollements puisqu’ils ont généralement des effets délétères sur les performances aérodynamiques. En effet, les phénomènes de décollement, inhérent aux corps épais, sont à l’origine de l’augmentation de la traînée et par conséquent de la consommation de carburant. Les travaux présentés dans ce mémoire sont dédiés au contrôle d’écoulement en vue de la réduction de traînée sur un modèle générique de véhicule automobile appelé “Corps de Ahmed” par une combinaison d’actionneur de type jets ynthétiques. Le mémoire s’articule autour de deux axes principaux. Le premier a permis la caractérisation d’actionneurs de type jets synthétiques, les fréquences et amplitudes optimales au regard de différents critères ont ainsi été identifiées et analysées. Le second a été consacré à étudier la réponse des structures décollés à des perturbations périodiques localisées afin de poursuivre la compréhension de la physique impliquée dans le contrôle de la traînée aérodynamique.Nowadays, the car manufacturers are forced by the european policy to follow more and more strict rules concerning the design of “clean” automotives, in order to reduce the gas emissions responsible for the greenhouse effect. The engineers have to consider innovative solutions based on flow control, particularly for flow separation which generally has deleterious effects on aerodynamic performance. Indeed, the separation phenomena, inherent to the bluff bodies, are at the origin of thedrag increase and consequently of the fuel consumption. The work presented in this thesis is dedicated to combinated flow separation control from simplified hatchback geometry (Ahmed body) by a synthetic jet. The thesis focuses on two main axes. The first axis has allowed the characterization of synthetic jets actuators, the frequencies and the optimal amplitudes with regard to various criteria were so identified and analyzed. The second axis was dedicated to study the separation flow structures response from local periodic disturbances in order to pursuing the physics knowledge involved in the aerodynamic drag control
Etude expérimentale de l'écoulement autour d'un cylindre en rotation perpendiculairement à l'écoulement moyen
No full textDans un écoulement, l étude des zones décollées revêt un intérêt certain de part les phénomènes nuisibles qu elles engendrent. Il est donc important de contrôler ce décollement, voire même le supprimer. Le moyen de contrôle utilisé ici repose sur la rotation d un cylindre perpendiculairement à un écoulement. Deux techniques de mesures ont été utilisées : la Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) et la Vélocimétrie Laser par effet Doppler (LDV). Les mesures ont été réalisées pour trois nombres de Reynolds et pour différentes valeurs de (rapport entre la vitesse périphérique du cylindre et celle de l écoulement). Cette étude a permis de montrer que le nombre de Strouhal augmente avec et de vérifier le critère de décollement suggéré par Moore, Rott et Sears. Nous avons montré que le maximum du taux de fluctuation de vitesse tangentielle constitue un excellent critère pour localiser le décollement autour du cylindre en rotation. Le critère basé sur le maximum de la composante radiale permet de déterminer qualitativement la position du point de décollement. Le champ de vitesse fourni par la PIV a permis de localiser la position du point d arrêt qui se déplace dans le sens opposé à la rotation du cylindre. L analyse du champ de vorticité montre que c est dans la région où le cylindre se déplace dans le sens opposé de l écoulement que l iso-vorticité est la plus intense. On montre que la vorticité disparaît, quand la vitesse périphérique du cylindre est quatre fois supérieure à celle de l écoulement. Les résultats obtenus à l aide de simulations numériques de type (k- ) ont montré leur limite quant à leur prédiction de l écoulement en dehors de la zone de sillage.In a flow, the study of separated zones presents a major interest because of the perturbation that it generates. It is thus significant to control this separation, and even to remove it. The control used here is based on a rotating cylinder in cross flow. Two measurement techniques were used: Particle Image Velocimetry (PIV) and Laser-Doppler Velocimetry (LDV). Measurements were carried out for three Reynolds numbers and for various values of (ratio between the peripheral speed of the cylinder and the free stream velocity). This study shows that the Strouhal number increases with and to verify the criterion of separation suggested by Moore, Rott and Sears. We showed that the maximum of the tangential velocity fluctuation rate is an excellent criterion to localize separation around the rotating cylinder. The criterion based on the maximum of the radial velocity component permits to determine qualitatively the position of the separation point. It is noted that the vorticity disappears, when the speed of the cylinder is four times higher than the free stream velocity. The velocity field provided by the PIV permits to locate the stagnation point which moves with an opposing motion to that of the cylinder. The analysis of the vorticity field shows that it is in the region where the cylinder moves in the opposite direction of the flow that the iso-vorticity is much more strong. The results obtained by the (k- ) numerical simulations fail to predict the flow field around the rotating cylinder except in the wake of the cylinder.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF
Etude aérodynamique d'une double marche descendante 3D appliquée à la sécurisation de l'appontage des hélicoptères sur les frégates
No full textCette étude s'inscrit dans le domaine de la sécurisation de l'appontage des hélicoptères sur les frégates. Il s'agit ici d'analyser le sillage aérodynamique d'une frégate générique modélisée par une double marche descendante dans le but de mieux comprendre ce type d'écoulement tridimensionnel instationnaire. Les champs de vitesse moyen et fluctuant ont été analysés essentiellement par voie expérimentale (PIV, fil chaud, visualisation pariétale ) et ont permis de valider la présence de structures tridimensionnelles mises en évidence grâce à une simulation numérique. Les résultats montrent en particulier la présence d'une asymétrie de l'écoulement moyen. Une étude fine autour de l'angle de dérapage nul a permis de confirmer le caractère bi-stable de l'écoulement autour de cette géométrie. Cette bi-stabilité a été observée dans différentes installations et pour un large éventail de conditions géométriques amont de la maquette. La compréhension de ce phénomène est déterminante avant toute tentative visant à mettre en oeuvre le contrôle de ce type d'écoulement complexe.This study is concerned about the safety of helicopter launch and recovery on frigates. Therefore, it consists in investigating the airwake of a simplified frigate, modeled by a 3D backward facing double step in order to have a better understanding of such 3D unsteady flows. The mean and fluctuating velocity fields have been analyzed mainly experimentally through PIV, hot-wire anemometry, oil-flow visualizations This has enabled to observe 3D structures, confirmed by a numerical computation. In particular, the results show a mean flow asymmetry. A sensitivity study around the zero degree yaw angle has shown that the flow is bi-stable for this geometry. This bi-stability has been observed in several wind-tunnels for a wide variety of upstream geometric conditions. The understanding of this phenomenon is required for future control of such complex flows.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF
Bluff-body drag reduction using a deflector
No full textA passive flow control on a generic car model was experimentally studied. This control consists of a deflector placed on the upper edge of the model rear window. The study was carried out in a wind tunnel at Reynolds numbers based on the model height of 3.1 × 105 and 7.7 × 105. The flow was investigated via standard and stereoscopic particle image velocimetry, Kiel pressure probes and surface flow visualization. The aerodynamic drag was measured using an external balance and calculated using a wake survey method. Drag reductions up to 9% were obtained depending on the deflector angle. The deflector increases the separated region on the rear window. The results show that when this separated region is wide enough, it disrupts the development of the counter-rotating longitudinal vortices appearing on the lateral edges of the rear window. The current study suggests that flow control on such geometries should consider all the flow structures that contribute to the model wake flow
Effets du soufflage sur les structures cohérentes dans un canal bidimensionnel
No full textThe control of turbulence and its concomitant phenomena are important for transport and environmental problems with aim to reduce or increase the skin friction and transfer phenomena. Various techniques can be achieved to perform the control of the boundary layer, the synthetic jet is one of the most popular. In this study, the effects of blowing through a porous strip in a turbulent channel flow were experimentally studied. Measurements were carried out for three blowing rates 3%, 5% and 8% of the velocity at the center of the channel. The results of the present study showed that blowing affects significantly the turbulent structures in the near wall region. Velocity profiles obtained with hot-wire anemometry show similar trends to those of a flow with a reduced skin friction. The wall blowing increases the turbulence intensities and the Reynolds shear stress. The analysis of the anisotropic invariant map indicated that with blowing, the anisotropy level in the near wall region appears to be lower than that of the unperturbed layer. Space-time correlations performed with hot-wire and hot-film show that the inclination angles in (x,y) and (x,z) planes increase with injection. These trends were confirmed by the PIV visualisations. The conditional analysis showed that the mean time between "bursts" is reduced with blowing. The results of the study suggest that blowing stimulates the break-up of the large structures in the near wall region and lead to a better acknowledgement of the turbulence mechanisms.Le contrôle de la turbulence trouve son intérêt dans de nombreux domaines tels que les transports et l environnement, avec pour objectif la réduction ou l augmentation du frottement et des phénomènes de transfert. Les techniques mettant en œuvre des jets synthétiques pour contrôler la couche limite sont parmi les plus utilisées. Dans cette étude, les effets d un soufflage localisé à travers une bande poreuse sur un écoulement turbulent pleinement établi dans un canal bidimensionnel ont été étudiés. Les mesures ont été réalisées pour trois taux de soufflage : 3%, 5% et 8% de la vitesse maximale. Les résultats de cette étude montrent que le soufflage affecte de manière significative les structures turbulentes de la région allant de la paroi jusqu à la zone tampon. Les profils de vitesse obtenus à l aide de l anémométrie à fil chaud présentent des caractéristiques voisines d un écoulement avec une réduction de frottement pariétal. L injection accroît fortement toutes les tensions de Reynolds. Les corrélations spatio-temporelles entre la vitesse et le frottement pariétal obtenues respectivement par fils et films chaud, montrent que le soufflage accroît l angle d inclinaison des structures cohérentes dans les plans (x,y) et (x,z). Ces résultats ont été confirmés et précisés par la PIV. L analyse conditionnelle sur les signaux anémométriques montre que le soufflage a pour effet de réduire le temps moyen entre burst . Tous ces résultats montrent que l injection à travers la bande poreuse a pour effet de détruire les grosses structures cohérentes dans la zone de proche paroi et permettent ainsi de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes de la turbulence.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF
Etude expérimentale du frottement pariétal instationnaire
No full textL objectif de cette thèse est de déterminer expérimentalement l évolution temporelle du frottement pariétal instationnaire en présence d une propagation d onde de pression. L écoulement transitoire est obtenu suite à la fermeture brusque d une vanne située à l extrémité aval d une conduite où l écoulement est initialement permanent. L étude expérimentale de l écoulement transitoire est réalisée par vélocimétrie ultrasonore à effet Doppler pour les mesures des profils de vitesse instantanés et par la méthode polarographique pour la détermination du frottement pariétal local. Ces mesures ont permis de mettre en évidence l effet des ondes de pression sur les profils de vitesse et sur le frottement pariétal. Les résultats ont permis de montrer que l approche quasi-stationnaire pour la détermination du frottement instationnaire n est valable que dans le cas où les caractéristiques de l écoulement varient peu. Lorsque l écoulement est soumis à de fortes accélérations et décélérations, cette approche n est plus applicable. Cette étude a permis de confirmer tout en les précisant, certains modèles basés sur l accélération instantanée. L analyse des résultats montre que le coefficient empirique de l accélération instantanée utilisé dans de nombreux modèles dépend intimement de la nature de l événement transitoire, de l intensité des accélérations ou des décélérations et du temps et que le frottement instationnaire est en phase avec l accélération. On montre que l échelle de temps d un événement transitoire est un paramètre essentiel dont il faut tenir compte pour une meilleure prédiction du frottement pariétal dans un écoulement instationnaireThe aim of this thesis is to find out experimentally the temporal evolution of unsteady skin friction in the presence of a propagation of pressure wave. The transient flow is obtained downstream sudden valve closure. The experimental study of the transient flow is carried out by Ultrasonic pulsed Doppler velocimetry to measure the instantaneous velocity profiles and by the polarographic method to determine the local skin friction. These measurements made it possible to highlight the effect of the waves of pressure on the velocity profiles and skin friction. The results made it possible to show that the quasi-steady approach to determine the unsteady friction is valid only if the characteristics of the flow vary little. When the flow is subjected to strong accelerations and decelerations, this approach is not applicable. This study made it possible to confirm all while specifying them, certain models based on the instantaneous acceleration. The analysis of the results shows that the empirical coefficient of the instantaneous acceleration used in many models depends closely on the nature of the transient event, of the intensity of accelerations or decelerations and the time. It is shown that the scale of time of a transient event is an essential parameter of which it is necessary to hold account for a better prediction of skin friction in a transient flowVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF
ETUDE DES STRUCTURES DE LA TURBULENCE EN ECOULEMENT DE TYPE COUCHE LIMITE SUR PAROIS LISSE ET RUGUEUSE
No full textVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocNANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF
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