Titre original :

Direct numerical simulation of wall turbulence subjected to an adverse pressure gradient

Titre traduit :

Simulation numérique directe de la turbulence de paroi soumise à un gradient de pression défavorable

Mots-clés en français :
  • Simulation numérique directe

  • Turbulence
  • Couche limite turbulente
  • Reynolds, Nombre de
Mots-clés en anglais :
  • Turbulence
  • Direct numerical simulation
  • Turbulent boundary layer

  • Langue : Anglais
  • Discipline : Mécanique des milieux fluides
  • Identifiant : 2021LILUN031
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 15/12/2021

Résumé en langue originale

L'objectif principal de ce travail est d'analyser les effets d'un gradient de pression défavorable modéré sur la dynamique d'écoulement d'une couche limite turbulente. Dans ce contexte, une simulation numérique directe (DNS) de la couche limite turbulente (TBL) soumise à un gradient de pression défavorable modéré (APG) hors équilibre a été réalisée jusqu'à un Reynolds de 8000 en utilisant le code open-source Incompact3d. Une large base de données résolues en temps et en espace a été collectée et utilisée pour analyser les statistiques de la turbulence. Une attention particulière a été consacrée à l'existence et à l'évolution du pic de contraintes de Reynolds observé dans la zone externe de la couche limite. Différentes échelles de vitesse ont été étudiées, testées et confrontées aux résultats numériques. L'échelle de vitesse basée sur la contrainte de cisaillement permet de mettre à l'échelle tous les profils de contraintes de Reynolds pour plusieurs nombres de Reynolds, ce qui indique que toutes les contraintes de Reynolds sont associées à une dynamique unique des structures turbulentes.Les structures cohérentes à grande échelle des fluctuations de vitesse longitudinales ont été étudiées en utilisant la corrélation spatiale en deux points. Une comparaison avec un cas sans gradient de pression à un nombre de Reynolds équivalent nous permet d'étudier l'effet du gradient de pression sur la taille et l'inclinaison des structures cohérentes attachées. Une étude approfondie sur les structures cohérentes a également été réalisée, où chaque structure a été détectée séparément en utilisant une méthode de seuillage afin de distinguer les effets des grandes et petites échelles et de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent la dynamique de ces structures. La contribution des mouvements de grande échelle (LSM) sur les contraintes de Reynolds en comparaison avec le cas ZPG a également été analysée.

Résumé traduit

The main objective of this work is to analyze the effects of a moderate adverse pressure gradient on the dynamics of turbulent boundary layer flows. For that purpose, a direct numerical simulation (DNS) of the turbulent boundary layer (TBL) subjected to a moderate adverse pressure gradient (APG) out of equilibrium has been performed using the open-source code Incompact3d up to a Reynolds number of 8000 based on momentum thickness. A large database resolved in time and space was collected and used to analyze the turbulence statistics. Special attention has been paid to the existence and evolution of the outer peak of Reynolds stresses observed in APG wall-bounded flows. Different velocity scalings have been investigated and tested against the numerical results. The velocity scale based on the shear stress is shown to scale all the Reynolds stresses profiles for different Reynolds numbers, indicating that all Reynolds stresses are associated with a single dynamics of turbulent structures.The large-scale coherent structures of the streamwise velocity fluctuations have been investigated using two-point spatial correlation. A comparison with a zero pressure gradient case at an equivalent Reynolds number allows us to further investigate the effect of the pressure gradient on the size and inclination of attached coherent structures. A deeper investigation of the coherent structures was also performed, where each structure was detected separately based on a thresholding method to distinguish between the effects of large and small scales and to better understand the mechanisms controlling the dynamics of these structures. The contribution of large-scale motions (LSM) on the Reynolds stresses comparing with ZPG case was also analyzed.

  • Directeur(s) de thèse : Laval, Jean-Philippe
  • Président de jury : Foucaut, Jean-Marc
  • Membre(s) de jury : Renard, Nicolas
  • Rapporteur(s) : Laizet, Sylvain - Podvin, Bérengère
  • Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides de Lille - Kampé de Fériet
  • École doctorale : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)

AUTEUR

  • Rkein, Hussein
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