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RÉSUMÉ
Des tourbillons longitudinaux de faible énergie peuvent être générés en amont d’une couche limite laminaire à l’aide de petits éléments de rugosité. Ces tourbillons induisent, à l’intérieur de la couche limite, des régions alternées de haute et de basse vitesse qui peuvent stabiliser la couche limite et y retarder la transition à la turbulence. S’il est confirmé dans des situations d’intérêt pratique, cet effet pourrait permettre d’importantes réductions de traînée visqueuse et donc de consommations.
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INTRODUCTION
Des tourbillons longitudinaux de faible énergie peuvent être générés en amont d’une couche limite laminaire à l’aide de petits éléments de rugosité. Ces tourbillons induisent, à l’intérieur de la couche limite, des régions alternées de haute et de basse vitesse qui peuvent stabiliser la couche limite et y retarder la transition à la turbulence. S’il est confirmé dans des situations d’intérêt pratique, cet effet pourrait permettre d’importantes réductions de traînée visqueuse et donc de consommations.
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5. Délai de la transition
Après les deux premières campagnes expérimentales menées en 2003 et 2004, le moment était venu de se poser la question essentielle : peut-on retarder la transition à la turbulence selon le scénario « classique » en forçant des streaks dans la couche limite ? Le fait que les ondes de Tollmien-Schlichting linéaires sont stabilisées par les streaks est une condition nécessaire à la contrôlabilité, mais pas suffisante. La transition proprement dite est déclenchée par l’instabilité secondaire des ondes TS. En l’absence de streaks, cette instabilité secondaire se manifeste quand la valeur rms des ondes TS atteint une amplitude de l’ordre de 1 % U∞. Rien ne garantit a priori que la présence de streaks ne baisse pas significativement ce seuil secondaire en compensant l’effet de la stabilisation linéaire et que donc la région (3) dans la figure 1, précédant de peu la turbulence, soit effectivement déplacée en aval. De surcroît on peut générer des streaks d’amplitudes inférieures à As = 0,13, alors que les effets stabilisants deviennent beaucoup plus importants à partir d’amplitudes de l’ordre de As = 0,18. La question était donc aussi de savoir si des streaks aussi peu stabilisants peuvent avoir un effet non négligeable sur la position du point de transition.
rms : root mean square (racine de la moyenne des carrés des écarts)
Une troisième campagne expérimentale s’est donc déroulée au KTH en mai 2005. Dans ces nouvelles expériences, le générateur d’ondes TS a été adapté pour pouvoir générer aussi des signaux bruités. Un plus grand nombre d’éléments de rugosité a été usiné pour réduire au minimum les effets de bord. Un système de visualisation par fumée a aussi été installé (figure 8).
Quarante-deux éléments de rugosité cylindriques ont été utilisés pour forcer les streaks. Les ondes de Tollmien-Schlichting sont forcées, comme en 2004, par soufflage-aspiration périodique à travers une fente placée en aval des éléments de rugosité mais en amont de la région instable. Une deuxième...
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Délai de la transition
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Une introduction élémentaire à la théorie de la stabilité hydrodynamique est donnée par l’ouvrage An introduction to hydrodynamic stability par P.G. Drazin (en anglais, Cambridge University Press, 2001).
-
(2) - * - Une monographie plus spécialisée est celle de P.J. Schmid et D.S. Henningson Stability and transition in shear flows (en anglais, Springer, 2001).
-
(3) - ANDERSSON (P.), BRANDT (L.), BOTTARO (A.), HENNINGSON (D.) - On the breakdown of boundary layers streaks - . J. Fluid Mech., 428, p. 29-60 (2001).
-
(4) - ARNAL (D.), JUILLEN (J.C.) - Contribution expérimentale à l’étude de la réceptivité d’une couche limite laminaire à la turbulence de l’écoulement général - . Rapport Technique 1/5018, Onera (1978).
-
(5) - BECHERT (D.W.), BRUSE (M.), HAGE (W.), VAN DER HOEVEN (J.G.T.), HOPPE (G.) - Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry - . J. Fluid Mech., 338, p. 59-87 (1997).
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