Etude numérique de l'influence de la densité variable sur les jets turbulents non réactifs

Abstract

الهدف الرئيس من هذه الدراسة هو محاكاة و دراسة حسابية لاس تكشاف سلوك و ديناميكية الجريان ذو كثافة متغيرة، و الذي هو عبارة عن نفث غازين مختلفين على سطح، و مقارنة النتائج مع النتائج التجريبية للأستاذ عز الدين سوداني، باستعمال برنامج الأنسيس بالاعتماد على معدل فافر لدراسة معدل اضطراب الجريان، و باستعمال طريقة محاكاة البنى الكبيرة لدراسة اضطراب الجريان اللحظي و اكتشاف تاأثيرالكثافة على مختلف الدوامات الموجودة في الجريان. العوامل المهمة في هذه الدراسة هي نسبة السرعة و نسبة الكثافة. البحث توصل الى النتائج التالية: الاضطراب يزيد و يقوى في حالة نفث غاز خفيف بالقرب من السطح، و السرعة نسبيا كبيرة مع انخفاض شديد في الاحتكاك قرب السطح. The first objective that motivates this numerical study is to explore the behavior of the turbulent parietal jet with variable density, and to understand the dynamics and mixing processes with high density difference. The study used two models to simulate the average flow, and to properly describe the instantaneous field of the flow and capture the existing coherent structures. The numerical results obtained were compared with those experimental of A. Soudani. The principle of this study consists in injecting tangentially to the wall in a turbulent boundary layer a gas of density different from that of the external flow through a slot of thickness e=3mm formed between two plates. Such a process makes it possible to generate significant differences in density. The study concludes that the turbulence is very large and short in the transition zone, and that the injection of a light fluid gives a slight increase in the average velocity close to the wall and a significant decrease in wall friction, in particular in the transition zone, in the case of helium injection. The second objective is to estimate the scales of Kolmogorov and those of large vortices to build the LES grid in order to access the instantaneous variables of the experience and to study the fine structure of turbulence via skewness and flatness factors. Le premier objectif qui motive cette étude numérique consiste à explorer le comportement du jet pariétal turbulent à densité variable, et de comprendre la dynamique et les processus de mélange avec forte différence de densité . L’étude a utilisée deux modèles pour simuler l’écoulement moyen, et pour bien décrire le champ instantané de l’écoulement et capter les structures cohérentes existantes. Les résultats numériques obtenus ont été comparés avec ceux expérimentaux de A. Soudani. Le principede cette étude consiste à injecter tangentiellement à la paroi dans une couche limite turbulente un gaz de densité différente de celle de l’écoulement externe à travers une fente d’épaisseur e=3mm formée entre deux plaques. Un tel procédé permet d’engendrer des différences de densité importantes. L’étude conclue que la turbulence est très importante et courte dans la zone de transition, et que l’injection d’un fluide léger donne une légère augmentation de la vitesse moyenne proche de la paroi et une diminution importante du frottement pariétal, en particulier dans la zone de transition, dans le cas d’injection d’hélium. Le deuxième objectif est d'estimer les échelles de Kolmogorov et celles des grands tourbillons pour construire la grille LES afin d'accéder aux variables instantanées de l'expérience et d'étudier la structure fine de la turbulence via le facteur de dissymétrie et celui d’aplatissement.