Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
experimentale,décollement,supersonique,ouvert,
Keywords
experimental,Free,Shock,Separation,
Titre de thèse
Etude expérimentale d'un décollement supersonique ouvert
Experimental study of a Free Shock Separation
Date
Lundi 11 Juillet 2022 à 10:00
Adresse
5 rue Enrico Fermi 13013 Marseille Amphitheatre (bâtiment Fermi)
Jury
Directeur de these |
M. Pierre DUPONT |
CNRS, IUSTI |
Rapporteur |
M. Jean Christophe ROBINET |
Laboratoire Dynfluid Arts et Métiers |
Rapporteur |
M. Vincent BRION |
ONERA |
Examinateur |
Mme Anne-Marie SCHREYER |
RWTH Aachen University |
Examinateur |
M. Julien WEISS |
Aerodynamik Technische Universität |
Président |
M. Eric GONCALVES |
Institut Pprime |
Résumé de la thèse
Une interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente supersonique
a été expérimentalement étudiée. Quand le gradient de pression adverse que
subit la couche limite est assez intense, il entraine le décollement de celle-ci. Ce
phénomène est le siège dinstationnarités, notamment à basses fréquences.
Des travaux antérieurs ont permis de caractériser un type de décollement, dit "restreint"
ou "fermé", où londe de choc engendre le décollement et le recollement
de la couche limite en aval. On trouve dans la littérature différents résultats et modèles
permettant de décrire le comportement instationnaire à basses fréquences de
ce décollement et de déterminer ses sources excitatrices.
Ici, on sintéresse à un type différent de décollement, dit "ouvert" ou "libre" où la
couche limite se détache de la paroi sans recollement aval. Cette configuration peut
être rapprochée de celle observée en tuyères dites surdétendues dans lesquelles
lorigine des instationnarités à basses fréquences est mal identifiée. Cette étude a
pour but de déterminer les mécanismes physiques responsables des instationnarités
observées dans ces interactions. Pour cela, une configuration expérimentale
originale a été conçue et mise en place.
La vélocimétrie par Imagerie de Particules, les mesures de pression statique et
totale, ainsi que lAnémométrie à Fil Chaud ont été utilisées afin de décrire spatiotemporellement
le décollement ouvert dans une configuration bidimensionnelle.
À partir de cette caractérisation de linteraction, différents modèles utilisés dans
létude des décollements fermés ont été discutés afin de tester leur validité dans
le cas ouvert, notamment leffet des différentes régions de lécoulement (couche
limite amont et écoulement aval de linteraction) sur les instationnarités du choc
en fonction de lintensité de linteraction.
Linterprétation proposée est que les basses fréquences du mouvement du choc
sont dues aux fluctuations de pression extérieures imposées en aval de linteraction
et quil nexiste pas dévidence de création de basses fréquences propres à
linteraction. Cette étude apporte une réponse sur la manière dont le système réagit
en amplitude vis à vis des perturbations extérieures imposées : elle propose
que linteraction se comporte comme un "amplificateur de bruit". Dans les cas décollés,
le système joue le rôle dun filtre passe bas vis à vis de lexcitation aval.
Thesis resume
An interaction between a shock wave and a turbulent supersonic boundary layer
is experimentally investigated. When the adverse pressure gradient that the boundary
layer incurs is strong enough, it leads to the flow separation. This project deals
with an interaction, which compares with Free Shock Separation regime (FSS), and
occurs when the boundary layer does not reattach to the wall. This configuration is
similar to that observed in overexpanded nozzles.We note inside this interaction a
development of unsteadiness of which the origin is not well identified. The aim of
this study is to give an understanding of the physical mechanisms inducing these
unsteady features.
Here we present the results on an original experimental set-up of a 2D Free Shock
Separation. Pitot probe, static pressure probe, HotWire Anemometry and Particle
Image Velocimetry are used to describe the spatial organization of the flow, as well
as the frequency scales obtained in various configurations. From this interactions
characterization, we discuss different models which were documented in the literature
and used to study the RSS regime in order to check their validity in FSS case,
in particular the contribution of different regions of the flow (upstream boundary
layer, flow downstream the interaction) in the interaction unsteadiness.
No evidence of intrinsic low time scales of the shock has been observed and the
dominant frequencies of the shocks spectrum are found similar to that of the subsonic
external flow downstream the interaction. Furthermore, shocks reaction in
amplitude to downstream perturbations has been enlightened : we suggest that the
interaction behaves as a "noise amplifier". For the separated cases, the system plays
the role of a low pass filter towards the downstream fluctuations.