Développement d'une nouvelle condition aux limites pour l'écoulement d'une bulle de décollement dans une simulation numérique directe

Baudy, Kévin (2017). Développement d'une nouvelle condition aux limites pour l'écoulement d'une bulle de décollement dans une simulation numérique directe. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Comprendre le phénomène de décollement et de rattachement de la couche limite, bulle de décollement, est d’un grand intérêt. En effet, le décollement de la couche limite est l’une des limites dans l’amélioration des propriétés de plusieurs dispositifs aérodynamiques comme les ailes d’un avion ou les aubes de turbines.

Malgré de nombreuses études sur les écoulements séparés, la compréhension de la zone comprise dans la bulle de décollement n’est pas encore correctement comprise. De plus dans la plupart de ces études, la séparation de la couche limite est induite par la géométrie (presence d’une arête vive). Or dans le cadre de certaines applications industrielles, c’est la forme de la surface (profil d’aile par exemple) qui génère un gradient de pression défavorable qui lui peut induire une séparation de la couche limite.

Ainsi, pour pouvoir séparer les effets de la forme de la surface (arêtes vives) et ceux du gradient de pression, il faudrait pouvoir simuler une bulle de décollement induite par un gradient de pression adverse uniquement. Pour cela, nous avons fait le choix d’étudier une bulle de décollement induite par un gradient de pression adverse sur une plaque plane.

L’objectif principal de ce travail a été de développer une condition aux limites incompressible et irrotationnelle qui est compatible avec la structure du code Incompact3d et la simulation d’une bulle de décollement.

Pour valider cet objectif, nous avons utilisé une approximation obtenue à l’aide de la théorie des écoulements potentiels pour développer notre condition aux limites. Nous avons ensuite effectué une validation de cette condition et une brève étude la bulle de décollement. Les résultats obtenus lors de cette étude sont dans l’ensemble en accord avec ceux obtenus à l’aide d’une simulation directe par Na & Moin (1998).

Titre traduit

DNS and implementation of a new boundary condition for a turbulent separation bubble

Résumé traduit

Understanding the phenomenon of separation and subsequent reattachment of a boundary layer, separation bubble, is of great interest. Indeed, the separation of the boundary layer is one the constraint to increase the efficiency of several aerodynamic devices as an aerofoil or a turbine blade.

In spite of many studies on separated flows, the structure of the separated zone, inside the separation bubble, is not fully understood. Besides, in most of these studies, the surface curvature, for example the aerofoil profile, have an important impact on the separation and reattachment of the flow in addition to the effect of the adverse pressure gradient.

Thus, to isolate the effect of the pressure gradient in the separation of the flow, it would be necessary to be able to simulate a separation bubble induced by an adverse pressure gradient only. For this purpose, we chose to study a separation bubble induced by an adverse pressure gradient on a flat plate.

The main objective of this was to develop an incompressible and irrotational boundary condition that is compatible with the code Incompact3d and the simulation of a turbulent separation bubble.

To achieve this goal, we used an approximation, obtained with the potential flow theory, to develop our boundary condition. Then we did a validation of this boundary condition and a brief study of the resulting separation bubble. In general, good agreement has been obtained between our results and the result of a direct numerical simulation made by Na & Moin (1998).

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial." Bibliographie : pages 121-123.
Mots-clés libres:	Air Écoulement Simulation par ordinateur. Couche limite. Turbulence. Problèmes aux limites. Dynamique des fluides numérique. bulle, décollement, gradient, pression, MFN, SND, écoulement turbulent, condition aux limites
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dufresne, Louis
Codirecteur:	Codirecteur Weiss, Julien
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	21 févr. 2018 19:45
Dernière modification:	21 févr. 2018 19:45
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1999

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