Direct numerical simulation of turbulent flow control by electromagnetic forcing
Simulation numérique directe du contrôle d'écoulements turbulents par forçage électromagnétique
Résumé
This thesis deals with electromagnetic turbulent flow control and its promissing naval applications like flow separation prevention and drag reduction.
It is mostly an academic approach using Direct Numerical Simulations (D.N.S.) of turbulent channel flow
Electromagnetic actuators are made with ``Wall flushed'' electrodes and ``sub-surface'' magnets.
They can generate local volumic Lorentz forces within a sea-water turbulent boundary layer.
The originality of this study comes from the computation of electromagnetic forces taking account of the geometry of electrodes and magnets with an analytical method based on electric and magnetic fluxes conservation.
The present study is mainly focused on the parallel electromagnetic actuator whose magnets and electrodes are parallel to each other.
This actuator that generates a quasi-unidirectional force, is aligned in the spanwise or streamwise direction of a turbulent channel flow.
The objectives of this research is the diminution of the required power of an active control to reduce the drag.
Direct numerical simulations are performed in order to obtain a better understanding of the drag reduction mecanism caused by spanwise oscillating or streamwise propulsive electromagnetic forcing.
It is mostly an academic approach using Direct Numerical Simulations (D.N.S.) of turbulent channel flow
Electromagnetic actuators are made with ``Wall flushed'' electrodes and ``sub-surface'' magnets.
They can generate local volumic Lorentz forces within a sea-water turbulent boundary layer.
The originality of this study comes from the computation of electromagnetic forces taking account of the geometry of electrodes and magnets with an analytical method based on electric and magnetic fluxes conservation.
The present study is mainly focused on the parallel electromagnetic actuator whose magnets and electrodes are parallel to each other.
This actuator that generates a quasi-unidirectional force, is aligned in the spanwise or streamwise direction of a turbulent channel flow.
The objectives of this research is the diminution of the required power of an active control to reduce the drag.
Direct numerical simulations are performed in order to obtain a better understanding of the drag reduction mecanism caused by spanwise oscillating or streamwise propulsive electromagnetic forcing.
Ce mémoire de thèse porte sur le contrôle électromagnétique d'écoulement turbulent pariétal.
Ce dernier a des applications navales prometteuses, comme la prévention de séparation d'écoulement et la réduction de traînée.
Il porte principalement sur des simulations numériques directes de configuration de forçage dans une géométrie très académiques de canal plan.
Des électrodes affleurant la paroi et des aimants placés sous la paroi composent les actionneurs électromagnétiques qui peuvent générer des forces de Lorentz.
Il en résulte qu'un champ de forces volumiques locales agit directement au sein de la couche limite d'eau de mer.
Une des originalités de cette étude vient du calcul des forces électromagnétiques à partir de la géométrie des électrodes et des aimants par une méthode analytique basée sur la conservation des flux magnétique et électrique.
La présente étude se focalise principalement sur l'actionneur électromagnétique parallèle où les aimants et les électrodes sont parallèles entre eux.
Cet actionneur, qui génère une force quasi-unidirectionnelle, peut aussi bien être aligné dans la direction transverse que longitudinale d'un écoulement turbulent en canal.
L'objectif de ces travaux de recherche est la diminution de la puissance nécessaire à un contrôle actif pour réduire la traînée.
Une grande diversité de simulations numériques directes a été réalisée dans le but d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes mis en oeuvre dans la réduction de traînée générée aussi bien par des forçages électromagnétiques transverses oscillants que longitudinaux propulsifs.
Ce dernier a des applications navales prometteuses, comme la prévention de séparation d'écoulement et la réduction de traînée.
Il porte principalement sur des simulations numériques directes de configuration de forçage dans une géométrie très académiques de canal plan.
Des électrodes affleurant la paroi et des aimants placés sous la paroi composent les actionneurs électromagnétiques qui peuvent générer des forces de Lorentz.
Il en résulte qu'un champ de forces volumiques locales agit directement au sein de la couche limite d'eau de mer.
Une des originalités de cette étude vient du calcul des forces électromagnétiques à partir de la géométrie des électrodes et des aimants par une méthode analytique basée sur la conservation des flux magnétique et électrique.
La présente étude se focalise principalement sur l'actionneur électromagnétique parallèle où les aimants et les électrodes sont parallèles entre eux.
Cet actionneur, qui génère une force quasi-unidirectionnelle, peut aussi bien être aligné dans la direction transverse que longitudinale d'un écoulement turbulent en canal.
L'objectif de ces travaux de recherche est la diminution de la puissance nécessaire à un contrôle actif pour réduire la traînée.
Une grande diversité de simulations numériques directes a été réalisée dans le but d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes mis en oeuvre dans la réduction de traînée générée aussi bien par des forçages électromagnétiques transverses oscillants que longitudinaux propulsifs.
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