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Stabilité et transition turbulente en entrée de canal plan

Stabilité et transition turbulente en entrée de canal plan

L’écoulement se développant dans un canal plan est l’archétype de la configuration de géométrie très simple mais de dynamique extrêmement riche et complexe. Comme pour l’écoulement de Poiseuille ou la couche limite de Blasius, la transition apparaît en conditions sous-critiques, c’est-à-dire à un nombre de Reynolds inférieur au seuil de stabilité linéaire. Pour l’étudier, F. Alizard, A. Cadiou, L. Le Penven, B. Di Pierro et M. Buffat ont utilisé un protocole consistant à introduire des perturbations à une distance donnée de l’entrée, en sélectionnant celles-ci sur la base d’un critère d’optimalité. Ces perturbations, qui prennent la forme de modulations transversales de la vitesse (« streaks »), peuvent croître à des niveaux tels qu’elles sont alors le siège d’instabilités. Ces instabilités, dites secondaires, ont été étudiées en résolvant le problème de stabilité linéaire locale sur les sections transverses de l’écoulement. De plus, les instabilités de croissance maximale ont été recherchées au moyen d’une méthode d’optimisation globale, spatio-temporelle, liée aux équations linéarisées. La figure montre l’évolution le long du canal de structures cohérentes obtenues par cette méthode. La progression vers l’écoulement turbulent établi a également été étudiée par simulation numérique directe.

Signalons aussi que des techniques originales de visualisation en temps réel ont été développées en marge de ces études afin de prendre en compte les spécificités liées à l’utilisation de calculateurs massivement parallèles.

Personnels principalement impliqués : Frédéric Alizard, Anne Cadiou, Lionel Le Penven, Bastien Di Pierro & Marc Buffat


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