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Méthodes optiques quantitatives pour l'étude d'écoulements complexes

/ Dupont Patrick / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 2009
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Les tourbillons en Mécanique des Fluides sont "les nerfs et les muscles des écoulements des fluides" selon les observations de Kücheman [1965]. Ces structures sont présentes dans la plupart des écoulements aérodynamiques, en météorologie, dans les turbomachines, dans les réacteurs de chimie. Les progrès récents du calcul numérique et des méthodes expérimentales ont permis d'affiner les connaissances de l'organisation tourbillonnaire dans la turbulence, dont la compréhension reste l'un des défis majeurs de la Mécanique des Fluides. Les exemples d'écoulements qui viennent d'être cités sont en général assez complexes et il est extrêmement tentant de vouloir isoler un tourbillon pour pouvoir l’étudier seul. Théoriquement ou numériquement, c’est une manipulation aisée. Le développement de technique de métrologie optique pour l’étude de ce type d’instabilités, a permis l’élaboration de scénarios conduisant le tourbillon torique d’un état stable vers un état instable puis vers la turbulence. Ces techniques optiques ont été adaptées et mises en œuvre pour l’étude des écoulements in- stationnaires, associés aux interactions rotor stator d’une pompe centrifuge. Ces instabilités affectent les performances aérodynamiques et mécaniques des divers composants de la machine. Une meilleure connaissance de ces instabilités doit améliorer les performances des turbomachines. L’analyse d’écoulements diphasiques, l’étude de la phase transitoire qu’est le démarrage d’une pompe constituent les perspectives à court terme. Le contrôle des instabilités dans les diffuseurs et la détermination des « précurseurs » du pompage dans un compresseur axial à l’aide de la métrologie optique sont d’autres objectifs.

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