Programme JDFP 2014

Lieu: Amphithéâtre de la Maison de l'ingénieur (Polytech Paris-Sud), bâtiment 620,
Université Paris-Sud, Orsay
Date: mardi 11 février 2014

Accueil des participants : 9h20

Fluides Complexes : 9h30

09:30

Ecoulements de fluides à seuil en milieux confinés

Chevalier Thibaud (1) Rodts Stéphane (2) Coussot Philippe (2) Talon Laurent (1) : (1) Laboratoire FAST (2) Laboratoire Navier (École des Ponts, IFSTTAR, CNRS)

Nous étudions expérimentalement et numériquement l'écoulement d'un fluide à seuil en milieux poreux. Les fluides à seuil se caractérisent par la présence d'une contrainte en dessous de laquelle le fluide ne peut pas s'écouler. A pression imposée, le seuil d'écoulement dépend très fortement du confinement. Nous étudierons le seuil d'écoulement et les caractéristiques de l’écoulement en milieu poreux ainsi que dans des canaux hétérogènes pour étudier l’effet du désordre. Différentes approches ont été utilisées: une expérience macroscopique pour obtenir une loi de type Darcy pour les fluides à seuil, une expérience sous IRM pour suivre l’évolution des Pdf de vitesse dans le milieu poreux et des simulations de type Lattice-Boltzmann pour observer les différents régimes d’écoulement.

09:40

Écoulements de fluides à seuil dans un milieu poreux modèle et simplifié.

Johan Paiola (1,2), Hugues Bodiguel (1), Harold Auradou (2) : (1) Laboratoire du FAST (Paris Sud) (2) LOF (Bordeaux)

09:50

Viscosity reduction due to the activity of Escherichia Coli

Matias Lopez, Jérémie Gachelin, Eric Clément, Carine Douarche, Harold Auradou : Laboratoire FAST

We present the rheological behavior of a suspension of bacteria Escherichia Coli by using a low shear rheometer and we demonstrate experimentally the existence of a negative shear stress contribution, wich is proportional to the bacterial concentration in the dilute regime, suggesting that is a result of the energy input of each microswimmer.

Convection avec effets thermiques, acoustiques ou solutaux : 10h00

10:00

3D instabilities out of a heat line source: from the laboratory to the deep ocean hydrothermal fields

Thibaut Barreyre (1,3), Anne Davaille (1), Eric Mittelstaedt (1,2), Javier Escartin (3) : 1. Laboratoire FAST (CNRS / Univ. Paris-Sud) 2. Univ. Idaho, USA 3. IPGP, Paris, France

We study the characteristics of thermal instabilities generated above a line heat source in water. This situation is interesting to understand the dynamics of heat transport in hydrothermal fields located on the Earth mid-ocean ridges system.

10:10

Étude de la réponse en fréquence d'un fil immergé dans de l'eau et soumis a un chauffage sinusoïdal.

Marie-Christine Duluc Mojtaba Jarrahi Yann Fraigneau Gerard Defresne : LIMSI

Fluide en Rotation/Turbulence : 10h20

10:20

Cascade directe et inverse d'énergie dans une turbulence forcée en rotation.

A. Campagne, B. Gallet, F. Moisy, P.-P. Cortet : Laboratoire FAST

Il est établit que les transferts d'énergie entre les échelles sont directs pour une turbulence 3D homogène et isotrope (cascade de Kolmogorov). D'un autre côté, pour la turbulence 2D, la cascade est inverse (transferts d'énergie vers les grandes échelles). Sachant que la turbulence en rotation se bi-dimensionnalise mais reste 3D pour une rotation finie, comment se comporte alors les transferts?

10:30

Comment l’énergie est-elle dissipée dans un écoulement turbulenten rotation ?

F. Moisy, A. Campagne, B. Gallet, P.-P. Cortet : FAST

Faire tourner une hélice de rayon R à vitesse angulaire w dans aquarium rempli d'eau coute une puissance (par unité de masse) R^2 w^3. Que se passe-t-il si vous montez cet aquarium sur une plateforme tournant à vitesse angulaire W ? L'effet est spectaculaire : même pour une très faible rotation d'ensemble (disons w/W= 0.03), la puissance consommée augmente ou diminue d'un facteur 5 ! Mais pourquoi donc ?

Café : 10h40 - 11h10

Écoulements Instationnaires et Turbulence - I : 11h10

11:10

Dynamique du recollement turbulent pendant la crise de traînée du cylindre circulaire

Olivier Cadot Sanjay Mittal Aditya Desai Charad Saxena Brajesh Chandra : Unité de Mécanique ENSTA & National Wind Tunnel Facility IIT Kanpur India

Time series of pressure measured on the periphery of the central section of a circular cylinder of aspect ratio 22 are used to investigate the dynamics of the local reattachments during the drag crisis transitions. A succession of multi-stable dynamics are identified and characterized through conditional statistical analysis as the Reynolds number is increased.

11:20

Etude numérique du renversement en cellule quasi-2D de Rayleigh-Bénard

Anne Sergent, Bérengère Podvin : LIMSI-CNRS

The present work deals with the reversal process of the large-scale circulation filling a flat Rayleigh-Bénard cell. 3D spectral computations have been performed at Ra = 107 and Pr = 5:5. Results present agreement with the experimental and 2D numerical observations of a diagonal main roll coupled to two smaller rolls located in both remaining opposite corners. However additional patterns are identified which reveal a more complex reversal process than in a perfectly 2D configuration.

11:30

Phénomènes 3D dans les écoulements glottiques

Denisse Sciamarella : LIMSI-CNRS

L'écoulement glottique est tenu pour bidimensionnel dans la plupart des modèles physiques de la production de la voix : la glotte a une forme de fente allongée, avec un rapport d'aspect élevé qui conduit à l'approximation d'écoulement plan. Néanmoins, c'est précisément cette asymétrie dimensionnelle qui est à l'origine de certains phénomènes 3D chez les jets non circulaires. Nous montrons que le jet présumé plan peut bifurquer et fondre avant de changer son orientation, à partir des mesures expérimentales des trois composantes du champ de vitesse pour une glotte artificielle. Les causes et les conséquences de ces observations sont examinées.

11:40

Ising-turbulence dans un von karman turbulent

dubrulle, thalabard, saint-michel, daviaud : SPEC/CNRS

We discuss whether the highly turbulent coherent states that are observed in experimental von K\'arm\'an turbulent flows can be explained from an equilibrium inviscid statistical mechanics perspective. We show some experimental evidence that inviscid theories may account for the properties of the \vk steady states. We use this to define the temperature of turbulent flow. We then reinterprete results about steady states stability and susceptibility to symmetry breaking using this temperature, and evidence an analogy with the Ising model. Critical exponents are measured, that agree with mean field predictions.

11:50

Etude d'un écoulement au-dessus d’unerampe à l'aide d'une méthode de pénalisation : comparaison expérience-calculs

Stéphanie Pellerin : LIMSI-CNRS, Université Paris Sud

Dans le cadre du GDR « Contrôle des décollements », une configuration de rampe descendante est étudiée, pour un écoulement turbulent 3D instationnaire. L’étude se place dans le cadre de la réduction de traînée et plus généralement est lié aux préoccupations actuelles de l’industrie automobile. Une grande partie de la traînée provient en effet de la zone de lunette arrière dont la configuration de référence s’inspire. Des résultats expérimentaux sont disponibles (PRISME, Orléans). Cet écoulement est simulé ici à l'aide de la Simulation des Grandes Echelles et de la méthode des frontières immergées, une méthode de pénalisation. Le calcul est pénalisé au niveau des solides. Les premiers résultats sont présentés ainsi que des comparaisons expérience-calcul.

12:00

Relation entre modes de pression et modes de vitesse pour l'écoulement au-dessus d'une plaque épaisse

B. Podvin C. Tenaud V. Daru Y. Fraigneau : LIMSI-CNRS

12:10

New experiments on transitional plane Couette flow: evidence of large scale flows ?

Marie Couliou Romain Monchaux : ENSTA-ParisTech

Un nouveau montage de Couette plan a été réalisé pour pouvoir étudier la région transitionnelle où écoulement laminaire et écoulement turbulent coexistent. De la Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) et des visualisations conventionnelles ont été mises en oeuvre. Les résultats préliminaires nous permettent d'étudier les structures typiques de la région transitionnelle.

12:20

Analyse de stabilité globale de jets sous-détendus

Samir Beneddine, Clément Mettot, Denis Sipp : ONERA

Le Screech est un phénomène de génération de bruit encore mal connu, apparaissant dans les jets supersoniques sous-détendus. Nous proposons ici d'aborder le problème par une analyse de stabilité globale : l'étude de jets froids laminaires sous-détendus a mis en évidence que ce type d'écoulement présente, sous certaines conditions, un comportement globalement instable, et les modes propres associés correspondent au phénomène de Screech tant par leur structure que leur fréquence. Une étude plus fine de la structure des modes permet de localiser des emplacements où les perturbations atteignent une vitesse de phase supersonique, ce qui constitue un mécanisme de bruit connu.

12:30

Stabilité globale d'une onde de gravité interne.

Gaétan Lerisson Jean-Marc Chomaz : LadHyX

Les ondes internes jouent un rôle important dans les océans. Elles seraient responsable des mélanges océanique abyssaux, et influenceraient ainsi la circulation thermohaline. Reproduisant l’expérience de Bourget et al. 2013, nous étudions la stabilité globale d'un faisceau d'onde monochromatique et quasi-stationnaire dans un milieu linéairement stratifié auquel nous ajoutons la possibilité d'un écoulement moyen horizontal. Ceci a pour effet de modifier le référentiel du générateur en lui permettant de se translater. Deux cas limite apparaissent, un cas où cette vitesse est nulle, le générateur étant fixe dans le référentiel du fluide et un cas où cette vitesse compense exactement la vitesse de phase horizontale de l'onde, obtenant une onde de sillage à fréquence nulle. En passant continument d'un cas à l'autre, nous montrons que la stabilité globale en est profondément changée bien qu'il s'agisse toujours de la même onde.

Repas : 12h40 - 14h00

Magnéto-Hydrodynamique : 14h00

14:00

Multiphase flow computations with SFEMaNS-MHD code

L. Cappanera, C. Nore, W. Herreman, F. Luddens, J. Léorat (LUTH, Meudon), J.-L. Guermond (TAMU, USA) : LIMSI-CNRS UPR3251

We study numerically different multiphase flows obtained with SFEMaNS-MHD code. This code is dedicated for solving full nonlinear magnetohydrodynamics (MHD) equations. A new algorithm allowing variations of density, dynamical viscosity and electrical conductivity for different fluids has been validated against the analytical solution of surface waves. Preliminary results of instability of liquid metal layers (metal pad roll, liquid metal battery) are presented.

Écoulements Instationnaires et Turbulence - II : 14h10

14:10

Modeling transitional plane Couette flow: Galerkin derivation, implementation, simulation, and beyond.

Paul Manneville Kannabiran Seshasayanan : LadHyX

Extending previous work of Lagha & Manneville, we present a Galerkin model of plane Couette flow. The model is in the form of a set of partial differential equations dependent on streamwise and spanwise coordinates, and time. They govern amplitudes of modes with polynomial wall-normal profiles adapted to the no-slip boundary conditions. Numerical simulations of the model reproduce the pattern of alternately laminar and turbulent bands displayed by this flow on its way to turbulence. Work in progress involves adiabatic reduction to slow variables, intending to give microscopic support to the reaction-diffusion approach to the transitional range promoted by Barkley and more specifically to the interpretation of patterning in terms of a Turing instability of the featureless regime proposed earlier by one of us.

14:20

Influence of centrifugal instabilities on the impinging shear layer over an open cavity

Jérémy Basley Luc Pastur François Lusseyran Julio Soria Nathalie Delprat : LIMSI/CNRS

Les oscillations auto-entretenues constituent le phénomène dominant des écoulements de cavité ouverte. Pourtant cette dynamique haute fréquence s'accompagne généralement d'importantes modulations d'amplitude par des basses fréquences. Nous nous proposons ici d'identifier la bande-fréquence la plus basse en s'intéressant à l'impact des instabilités centrifuges agissant dans l'écoulement intra-cavitaire.

14:30

Etude du développement de l'instabilité de Crow par DNS 3D linéaire

Holly Johnson Vincent Brion Laurent Jacquin : Onera DAFE

Les tourbillons sont omniprésents dans les écoulements fluides et leurs propriétés peuvent être grandement modifiées par la mise en place d'instabilités. Parmi celles-ci l'instabilité de Crow est particulièrement intéressante pour dissiper plus rapidement les sillages d'avions. Nous calculons ce mode d'instabilité et comparons les propriétés observées par rapport à la théorie de Crow (cf. Stability theory for a pair of Trailing Vortices, S.C.Crow, AIAA Journal 1970). On calcule ensuite le mode adjoint de cette instabilité qui est l'optimal de perturbation à temps long. Son évolution linéaire montre un gain d'énergie très significatif dans une optique de contrôle. On montre pour finir des résultats expérimentaux qui visent à reproduire cette perturbation optimale et montrons la validité de la perturbation sur le plan de symétrie du dipôle.

14:40

Étude expérimentale de l'influence des conditions initiales sur l'écoulement d'un jet turbulent.

Romain Courtier, Laurent Jacquin, Denis Sipp : ONERA

Le jet est un exemple canonique d’écoulement cisaillé instable où se développe de manière spontanée la turbulence. Cet écoulement type constitue la base de très nombreuses applications (mélange, combustion, propulsion,...) et fait l’objet, encore aujourd’hui, d’une recherche très active. En particulier, le constat d’une grande disparité dans les données expérimentales publiées met en évidence des mécanismes de sensibilité aux conditions initiales. Ce travail de thèse est consacré à leur étude par un abord expérimental. Les influences du taux de turbulence dans la section de sortie et de l’épaisseur de la couche limite sont mises en exergue et discriminées.

Avancées en méthodes numériques, contrôle : 14h50

14:50

A dynamic observer to capture and control perturbation energy in noise amplifiers

J. Guzmán Iñigo, D. Sipp et P. J. Schmid : ONERA-DAFE

In this talk, we aim at building a reduced order model of a fluid system which accurately predicts the dynamics of a flow from a local wall measurement. This is particularly difficult in the case of noise amplifiers where the upstream noise environment triggering the receptivity of the flow is not known, which rules out classical Galerkin approaches to build reduced-order models. Here, we propose a methodology to obtain such a model from simultaneous velocity snapshots and wall-shear stress measurements. The technique will be illustrated on the case of a transitional flat-plate boundary layer, where the snapshots of the flow are obtained with a DNS simulation. The proposed approach combines a reduction of the degrees of freedom of the system by a projection of the snapshots onto a POD basis together with a system-identification technique to obtain a state-space model. The model is straightforwardly extended to a closed-loop control framework to target the kinetic energy of the perturbations and therefore delay transition.

15:00

Analyse modale de champs de vitesse non régulièrement échantillonés

Florimond Gueniat Luc Pastur Lionel Mathelin : LIMSI

L'algorithme standard de Décomposition en mode dynamique nécessite un ensemble de vecteurs observables mesurés à intervalles de temps réguliers, afin d'identifier des fréquences, taux de croissance temporelle et structures constitutives de la dynamique. Le pas de temps et la durée d'acquisition, afin de résoudre les petites et grandes échelles temporelles, peuvent conduire à des contraintes sévères (matériel de mesure, ressources informatiques). De surcroît, dès lors que certaines mesures de l'observable sont corrompues et inutilisables (tel que des faux vecteurs en PIV), l'algorithme ne pourra être utilisé. Nous présentons une nouvelle technique pour extraire une décomposition approchant les modes DMD, sans que les contraintes précédentes n'influent sur la robustesse de l'algorithme. Nous illustrerons cette méthode sur un champ de données provenant de PIV.

15:10

Modelling and analysis of turbulent datasets using ARMA processes

Davide Faranda, Flavio Pons, Berengere Dubrulle : SPHYNX/SPEC/IRAMIS/DSM CEA-Saclay CNRS URA 2464

We introduce a novel way to extract information from turbulent datasets by applying an ARMA statistics. Such analysis goes well beyond the analysis of the mean flow and of the fluctuations and links the behavior of the recorded time series to a discrete version of a stochastic diff erential equation which is able to describe the correlation structure in the dataset. We introduce a new parameter  that measures the diff erence between the resulting analysis and the Obukhov model of turbulence, the simplest stochastic model reproducing both Richardson law and the Kolmogorov spectrum. We test the method on datasets produced by the experiments on the Von-Karman swirling flow.

Fluide/structure : 15h20

15:20

Estimation de pression aortique à partir de l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) et d'un modèle unidimensionnel

Khalifé Maya Decoene Astrid Caetano Filipa Rodriguez Dima Durand Emmanuel : IR4M (Université Paris-Sud, CNRS-UMR 8081)

L'imagerie par Résonance Magnétique permet de mesurer l'écoulement sanguin. Au niveau cardiovasculaire, elle permet d'acquérir non seulement des images anatomiques du cœur et des gros vaisseaux mais aussi des images fonctionnelles de vitesse voire d'accélération par contraste de phase. Cette technique offre des perspectives dans l'étude de la dynamique des fluides et dans la caractérisation des artères, en particulier pour les grosses artères systémiques comme l'aorte dont le rôle est primordial dans la circulation sanguine. Par ailleurs, l'un des paramètres qui entrent en jeu dans la détermination de la fonction cardiaque et du comportement vasculaire est la pression artérielle. La méthode de référence de la mesure de pression dans l'aorte étant le cathétérisme, plusieurs méthodes combinant la modélisation à l'imagerie ont été proposées an d'estimer un gradient de pression de façon non invasive. Ce travail de thèse propose de mesurer la pression dans un segment d'aorte grâce à un modèle 1D simplifié et en utilisant les données mesurées par IRM et un modèle 0D représentant le réseau vasculaire périphérique comme conditions aux limites. Aussi, an d'adapter le modèle à l'aorte du patient, une loi de pression exprimant une relation entre la section aortique à la pression et basée sur la compliance a été utilisée. Cette dernière, liée à la vitesse d'onde de pouls (VOP), a été mesurée en IRM sur les ondes de vitesse.

15:30

Improving self-propulsion of flapping wing with passive pitching.

Marquet Olivier DiLuca Matteo : ONERA

The flapping of wings is a mean of propulsion commonly encountered in nature. The structural flexibility of wings or appendices is frequently observed for various species of insects or fishes, but its impact on the aerodynamical performance is not fully understood. A lumped-torsional-flexibility model, recently proposed to investigate the role of passive pitching, is reinvestigated in this talk, using numerical simulation of the fluid/structure system. For the parameters considered in this study, an improve of the mean propulsion velocity is obtained for low frequency, when compared to the clamped case. For larger frequencies, a decrease of the mean propulsion velocity is first obtained, followed by a spatio-temporal symmetry breaking.

Café : 15h40 - 16h10

granulaires, suspensions : 16h10

16:10

Non Linear Elasticity and Dilatancy above Jamming

Corentin Coulais Antoine Seguin Olivier Dauchot : SPHYNX/SPEC, CEA-Saclay Laboratoire FAST

We investigate experimentally the mechanical response of a monolayer of bi-disperse frictional grains to an inhomogeneous shear perturbation across the jamming transition. An intruder inflated inside the packing produces shear strain and stresses, which are measured at the scale of the grains using photo-elasticity and tracking techniques. At the jamming transition strong non linear effects set in.

Diphasique et Interfaces : 16h20

16:20

Visualisation expérimentale de l'engorgement d'un film liquide cisaillé par un contre-écoulement d'air

Nicolas Kofman, Sophie Mergui : Laboratoire FAST

Nous étudions expérimentalement l'influence d'un contre-écoulement d'air sur la dynamique des ondes à la surface d'un film liquide tombant sur un plan incliné. Le cisaillement aéraulique modifie à la fois la vitesse, l'amplitude et le caractère 2D/3D des ondes. Le point d'engorgement du système est atteint pour des vitesses d'air d'environ 10 m/s et correspond à l'apparition de vagues qui remontent l'écoulement.

16:30

Quantitative Aerosol Deposition in Healthy Rat Lung by Ultrashort Echo Time MRI

Hongchen Wang, Catherine Sébrié, Jean-Pierre Ruaud, Geneviève Guillot, Khaoula Bouazizi-Verdier, Georges Willoquet, Xavier Maître, Luc Darrasse, and Ludovic de Rochefort : Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités (UMR8081) IR4M, CNRS, Univ. Paris-Sud, Orsay, France

Aerosol toxicology and drug delivery through the lungs require the development of methods to quantify particle deposition. Here, we present the use of 3D Ultrashort Echo Time MRI implemented in a clinical scanner, performed pre- and post- administration of gadolinium-based aerosol delivery in spontaneously breathing healthy rats, thus mimicking chronic particle exposure or free-breathing drug delivery. The contrast-enhanced quantification method enabled us to follow up lung clearance and regional heterogeneity in the deposition.

16:40

Evaporation dans un gaz inerte: effet du voisinage de la ligne triple

Vladislav JANECEK Frédéric DOUMENC Béatrice GUERRIER Vadim NIKOLAYEV : - Lab. FAST (Université Paris-Sud, CNRS) - Service de Physique de l'Etat Condensé (CEA Saclay)

Dans une configuration de mouillage partiel sur un substrat en mouvement, la description de l'écoulement au voisinage de la ligne de contact avec les hypothèses classiques de l'hydrodynamique conduit à un paradoxe souligné par Huh and Scriven en 1971 (divergence de la contrainte de cisaillement). Pour lever la singularité, plusieurs pistes sont possibles, parmi lesquelles l'introduction de phénomènes d'évaporation/condensation au voisinage de la ligne de contact (effet Kelvin). Nous présentons un modèle prenant en compte ces phénomènes, que l'évaporation soit limitée par la diffusion de la vapeur dans l'air ou par la cinétique de changement de phase à l'interface.

16:50

Génération en soufflerie d'ondes de surface sur un fluide visqueux

A. Paquier, M. Rabaud, F. Moisy : Laboratoire FAST

Le phénomène de création des vagues est la conséquence de l'instabilité de Kelvin-Helmholtz. Bien que cette instabilité soit étudiée depuis un siècle, la formation des premières vagues n'est pas encore bien comprise. Nous développons un montage expérimental permettant d'étudier les ondes se formant à la surface d'un fluide visqueux sous l'effet du vent et nous présentons des résultats préliminaires.

17:00

Numerical simulation of Kelvin-Helmholtz instability

Ali-higo Ebo Adou, Laurette Tuckerman, Damir Juric, Jalel Chergui, Seungwon Shin : PMMH(ESPCI) LIMSI(UPMC-CNRS), Hongik University

We perform numerical simulations of two superposed immiscible liquids, di ffering in viscosity and density, and subject to horizontal periodic scillations. It is known that when two stably strati ed liquids of di erent viscosities are oscillated periodically beyond a certain threshold, the motion of the interface can lead to the formation of growing waves which are often referred to as frozen waves. Our numerical investigation concerns the case of highly viscous silicone oil of density  = 973 kg m-3 and viscosity  = 10000 mm2 s-1 and water. The numeri- cal domain is set to be periodic in the oscillation direction Ox and in the spanwise direction Oy. We report here the growth of the waves, de ned as the height di erence between the crest and trough, for ranges of frequencies and amplitudes of forcing. For a given value of the amplitude, the wave heights do not appear to depend on the frequency. Also, a Fourier transform shows that during its growth the wave height oscillates at a multiple of the imposed frequency.

17:10

Quelques métriques originales pour l'analyse des fortes déformations d'interfaces

Pierre Carles Marie-Charlotte Renoult Charles Rosenblatt : UPMC U-PSUD CWRU

Clôture : 17h20 - 17h30