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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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Low energy longitudinal vortices can be generated upstream of a laminar boundary layer by means of small roughness elements. Within the boundary layer these vortices induce alternating high and low speed regions that can stabilize the boundary layer and delay transition to turbulence. If confirmed in situations of practical interest, this effect could lead to significant reductions in viscous drag and therefore fuel consumption.
Auteur(s)
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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4. Réalisation expérimentale de streaks
Nous avons exploré la possibilité de réaliser expérimentalement des streaks proches de leurs homologues optimaux étudiés théoriquement afin d’en évaluer l’effet stabilisant sur les ondes de Tollmien-Schlichting. Nous avons choisi de générer les tourbillons à l’aide d’éléments de rugosité (roughness elements) placés sur la paroi, une méthode qui pourrait être prometteuse en vue d’éventuelles applications industrielles. En effet une distribution appropriée (cf. figure 5) de ces petits éléments de rugosité cylindriques disposés sur la paroi dans une couche limite génère, suffisamment en aval, des tourbillons quasi longitudinaux, qui induisent à leur tour, par effet de lift-up, des streaks encore plus en aval. Nous avons choisi des éléments de rugosité de section cylindrique pour ne pas avoir de problèmes d’alignement avec l’écoulement de la couche limite. L’espacement Δz de ces éléments est dicté par la théorie des perturbations optimales. Leur hauteur k a une influence directe sur l’énergie des tourbillons générés en amont : en augmentant la hauteur, on augmente l’amplitude des streaks générés en aval. Le diamètre d est choisi de façon semi-empirique en cherchant à créer des streaks d’une forme proche de celle considérée dans nos précédentes analyses théoriques. Dans une première campagne expérimentale, conduite dans la soufflerie MTL (Minimum Turbulence Level) du département de Mécanique de l’Institut royal de technologie de Stockholm (KTH), nous avons pu prouver qu’il est possible de générer des streaks de forme et d’amplitude bien contrôlées, stables et suffisamment proches des streaks optimaux théoriques ....
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Réalisation expérimentale de streaks
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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