Évaluation d’un modèle transitionnel dans le cas de la formation d’une bulle de décollement laminaire

Chéret, Augustin (2023). Évaluation d’un modèle transitionnel dans le cas de la formation d’une bulle de décollement laminaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire se concentre sur la simulation numérique des bulles de décollement laminaire dans le domaine de la ventilation et l’aéronautique, en mettant l’accent sur les applications fonctionnant à des nombres de Reynolds bas ou moyens, compris entre 104 et 106. Lorsqu’un fluide s’écoule le long d’une paroi, une fine couche d’écoulement, connue sous le nom de couche limite, se forme à proximité de la surface. Cette couche limite est généralement considérée comme laminaire pour des nombres de Reynolds faibles. Cependant, lorsque la couche limite laminaire rencontre un gradient de pression adverse, un phénomène appelé décollement laminaire se produit. À l’intérieur de cette bulle, des phénomènes de transition se produisent, et sous certaines conditions, ils peuvent entraîner la formation d’une couche limite turbulente en aval de la bulle.

L’objectif principal de cette recherche est d’évaluer les performances d’un modèle numérique pour la résolution des équations aux moyennes de Reynolds (approche statistique de la turbulence) adapté aux écoulements transitionnels. Le modèle étudié dans le cadre de ces travaux s’appelle ▯ − ▯▯▯, il repose sur une approche semi-empirique. Ce modèle, implémenté dans le logiciel ANSYS CFX5, est évalué sur une configuration expérimentale bien documentée, reproduisant une bulle de décollement laminaire. Le laboratoire de Thermofluide pour le transport de l’ETS dispose d’un banc d’essai adapté à cette étude. Ainsi, la modélisation de l’écoulement dans ce banc expérimental permettra d’évaluer la capacité du modèle ▯ − ▯▯▯ à reproduire de manière précise les phénomènes liés aux bulles de décollement laminaire. La validation du modèle repose donc sur sa capacité à reproduire fidèlement les caractéristiques de la couche limite dans ces conditions spécifiques.

Le modèle parvient à reproduire le développement d’une couche limite laminaire sur plaque plane, ainsi que sa réponse à un gradient de pression adverse. De plus, les caractéristiques de la bulle de décollement modélisée sont en accord avec celles rapportées dans la littérature. Enfin, le modèle parvient à représenter de manière adéquate la transition vers une couche limite turbulente en aval de la bulle. Grâce à sa capacité à reproduire ces phénomènes et à son temps de calcul relativement court, le modèle ▯ − ▯▯▯ constitue un outil précieux pour les applications industrielles à bas ou moyen Reynolds.

Titre traduit

Evaluation of a transitional model for laminar separation bubble formation

Résumé traduit

This work focuses on the numerical simulation of laminar separation bubbles in the field of ventilation and aeronautics, with an emphasis on applications operating at low to moderate Reynolds numbers ranging from 104 to 106. When a fluid flows along a wall, a thin layer of flow, known as the boundary layer, forms near the surface. This boundary layer is generally considered laminar for low Reynolds numbers. However, when the laminar boundary layer face to an adverse pressure gradient, a phenomenon called laminar separation occurs. Within this separation bubble, transition phenomena occur, and under certain conditions, they can lead to the formation of a turbulent boundary layer downstream of the bubble.

The main objective of this research is to evaluate the performance of a numerical model for solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (a statistical approach to turbulence) adapted to transitional flows. The model studied in this work is called ▯ − ▯▯▯ and is based on a semi-empirical approach. This model, implemented in the ANSYS CFX5 software, is evaluated on a well-documented experimental configuration that reproduces a laminar separation bubble. The Thermofluids Laboratory for Transportation at ÉTS has a test rig suitable for this study. Thus, modelling the flow within this experimental setup will allow evaluating the capability of the ▯ − ▯▯▯ model to accurately reproduce phenomena related to laminar separation bubbles. The model validation, therefore, relies on its ability to faithfully reproduce the characteristics of the boundary layer under these specific conditions.

The model succeeds in reproducing the development of a laminar boundary layer on a flat plate, as well as its response to an adverse pressure gradient. Moreover, the characteristics of the modelled separation bubble are in agreement with those reported in the literature. Finally, the model adequately represents the transition to a turbulent boundary layer downstream of the bubble. With its ability to reproduce these phenomena and its relatively short computational time, the ▯ − ▯▯▯ model constitutes a valuable tool for industrial applications at low to moderate Reynolds numbers.

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 mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 73-79).
Mots-clés libres:	décollement, transition, couche limite, modélisation, approche RANS
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Sanjosé, Marlène
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	05 sept. 2024 15:54
Dernière modification:	05 sept. 2024 15:54
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3491

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