Cascades d’énergie et turbulence d’ondes dans une expérience de turbulence en rotation

Résumé : Nous présentons une étude expérimentale de l’effet d’une rotation d’ensemble sur les écoulements turbulents statistiquement stationnaires. Dans une première expérience, l’écoulement est entretenu à l’aide de générateurs de tourbillons contrarotatifs agissant de manière périodique dans une cuve en rotation remplie d’eau. Des mesures résolues en temps des trois composantes de la vitesse sont réalisées, dans des plans horizontaux et verticaux, à l’aide d’un dispositif de vélocimétrie stéréoscopique par images de particules embarqué dans le référentiel tournant. L’écoulement étudié présente, conformément à la littérature, une forte anisotropie et montre l’émergence d’un mode 2D énergétique. Pour la première fois expérimentalement, nous décrivons le bilan global d’énergie entre échelles d’une turbulence en rotation à travers la mesure des termes de l’équation de Kármán-Howarth-Monin généralisée au cas inhomogène. Nous mettons ainsi en évidence la présence d’une double cascade d’énergie : directe à petite échelle et inverse à grande échelle, l’échelle de renversement des cascades étant décroissante avec le taux de rotation. Nous évaluons ensuite la puissance injectée qui est intrinsèquement liée au caractère inhomogène de l’écoulement. L’injection d’énergie provient de l’auto-advection des structures turbulentes traversant les frontières de la zone de contrôle. Elle est large bande en échelles et s’étale à mesure que la rotation croît. Nous nous intéressons ensuite à la pertinence des modèles de turbulence d’ondes d’inertie. Nous réalisons tout d’abord une analyse spatio-temporelle qui révèle la présence d’ondes d’inertie linéaires à grande échelle spatiale et grande fréquence temporelle. En revanche, nous montrons que la signature spatio-temporelle des structures turbulentes associées aux échelles et fréquences faibles est brouillée par le processus linéaire de balayage stochastique par le mode 2D énergétique. Dans une seconde expérience, l’écoulement est engendré par une hélice constituée de quatre pales rectangulaires dans une cuve fermée en rotation. Nous évaluons le taux de dissipation d’énergie à travers la mesure de la puissance injectée par le moteur qui entraîne l’hélice. Nous fournissons alors, pour la première fois, une preuve directe de la loi d’échelle du taux de dissipation d’énergie prédite par la turbulence d’onde d’inertie qui est diminuée d’un facteur Rossby par rapport à la loi d’échelle de la turbulence 3D homogène et isotrope.
Type de document :
Thèse
Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Paris Sud - Paris XI, 2015. Français. 〈NNT : 2015PA112116〉
Liste complète des métadonnées

Littérature citée [91 références]  Voir  Masquer  Télécharger

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01189585
Contributeur : Abes Star <>
Soumis le : mardi 1 septembre 2015 - 12:27:06
Dernière modification le : mardi 4 juillet 2017 - 13:03:06
Document(s) archivé(s) le : mercredi 26 avril 2017 - 12:07:14

Fichier

VA2_CAMPAGNE_ANTOINE_09072015....
Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01189585, version 1

Collections

Citation

Antoine Campagne. Cascades d’énergie et turbulence d’ondes dans une expérience de turbulence en rotation. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Paris Sud - Paris XI, 2015. Français. 〈NNT : 2015PA112116〉. 〈tel-01189585〉

Partager

Métriques

Consultations de
la notice

506

Téléchargements du document

312