Programme JDFP 2015

Lieu: Amphithéâtre Blandin (LPS), bâtiment 510,
Université Paris-Sud, Orsay
Date: le mardi 24 mars 2015

Accueil : 9h30

Écoulements Instationnaires et Turbulence – I : 9h40

09:40

Etude de l'influence de la garde au sol sur l'écoulement autour d'un profil de Ahmed

S. Pellerin et B. Podvin : LIMSI-CNRS

L'écoulement 3D instationnaire autour d'un corps de type Ahmed tronqué à l'arrière est calculé par Simulation des Grandes Echelles avec une formulation vitesse-tourbillon des équations de Navier-Stokes. On s'intéresse particulièrement à l'influence d'une paroi sous le corps. Les champs instationnaires et moyens sont présentés ainsi que des modes obtenus par POD. Ces résultats devront être comparés à des données expérimentales dans le cadre du projet Lasips Turbfork.

09:50

Instabilités et régimes d'écoulement en géométrie de Taylor Couette forcée électromagnétiquement

Boisson Jean : ENSTA-ParisTech

In this presentation, we address the influence of an electromagnetic forcing on flow regimes in a Taylor-Couette like Geometry. We present an experimental study of a liquid metal flow electromagnetically forced in a large aspect ratio Rint/Rext = 0.25 coaxial cylindrical geometry with and without free surface. Using ultrasonic velocity measurements and direct visualisations of the free surface, we namely characterize the mean azimuthal velocity radial profile and the flow regime dependence with 2 dimensionless numbers, the Taylor number and the Elsasser number. We compare the results to a small aspect ratio Rint/Rext = 0.7 experiments studied previously and found a good agreement.

10:00

Croissance de spots turbulents dans un écoulement de Couette plan

Marie Couliou Romain Monchaux : ENSTA-ParisTech

We investigate the growth of turbulent spots invading a laminar flow in a plane Couette flow. Direct Numerical Simulation is used to track the nucleation of streaks during the spot growth. Experiment allows us to study the velocity of the spot fronts and of the vortices observed at the spots’ edges. All these results show that two mechanisms are involved when turbulent spots grow: an established local growth occurring at the spot spanwise tips but also in comparable proportion a global growth induced by large-scale advection.

10:10

Influence de la dynamique de la zone de recirculation d'un corps 3D épais sur sa traînée aérodynamique

A. EVRARD et O. CADOT : Unité de Mécanique, ENSTA-ParisTech

La présence d’une cavité au culot droit d’un corps épais, ici, le corps d’Ahmed, réduit significativement la traînée aérodynamique. Une étude paramétrique en fonction de la profondeur de la cavité permet de quantifier les gains sur le torseur aérodynamique. Des visualisations PIV sont utilisées pour comprendre l'origine de ces gains. La présence de la cavité stabilise le sillage turbulent global sur un mode symétrique moins dépressionnaire que les modes naturels asymétriques du sillage sans cavité. L'explication des gains est associée à la présence d'un vortex de coin entre la couche limite séparée et le culot dans le cas naturel qui disparaît en présence de la cavité.

10:20

Prediction de frequences par les ecoulements moyens dans la convection thermosolutale

Sam Turton, Laurette Tuckerman, Dwight Barkley : PMMH (Physique et Mecanique des Materiaux Heterogenes)

10:30

Instability wave packets in optimally forced subsonic jets

Onofrio Semeraro Lutz Lesshafft Richard D. Sandberg : LIMSI – CNRS,LadHyX, École Polytechnique - CNRS, University of Southampton – Southampton, UK

Jets are known to be very receptive to ambient perturbations, due to their strong convective instability. Coherent wave-packets are formed as a result, which may, as recent experiments suggest, represent the dominant source of jet noise. We model these wave-packets as the linear flow response to a harmonic forcing input that yields the highest amplification in a fully non-parallel setting. Axisymmetric turbulent jets are considered. Mean flows are taken from numerical simulations as well as from experiments, characterized by high subsonic Mach numbers (Ma=0.84 and Ma=0.9) and high Reynolds numbers. The formalism relies on singular mode decomposition of the linear resolvent operator, based on the fully compressible Navier-Stokes equations. Two different objectives are used for the optimization: the maximum energy of the near-field wave-packet and the maximum radiated acoustic power. The effects of turbulence are modelled through a turbulent viscosity formulation. The predicted acoustic radiation will be compared against simulation and experiment, and the influence of the chosen turbulent viscosity model will be discussed.

Café : 10h40 - 11h00

Convection : 11h00

11:00

Chaos lagrangien dans un écoulement de convection confiné 2D

Ludomir Oteski Yohann Duguet Luc Pastur : LIMSI-CNRS, UPR 3251, Université Paris-Sud.

Nous présentons une étude numérique du mélange de traceurs passifs d'un écoulement de convection oscillant en milieu confiné. La géométrie est une cavité différentiellement chauffée 2D, de rapport d'aspect 2 remplie d'air. L'étude du caractère mélangeant de l'écoulement est conduite sur une plage du nombre de Rayleigh (Ra) où le champ de vitesse est instationnaire, mais périodique en temps à la suite d'une bifurcation de Hopf primaire sur l'état de base conductif. Les fonctions de Melnikov sont utilisées pour prédire l'apparition des régions de mélange principales. Nous montrons que les régions de mélange non-hyperboliques sont caractérisées par la présence de barrières matérielles (de type tores KAM), qui se rompent progressivement à mesure que Ra augmente. En nous basant sur l'extraction d'un grand nombre d'orbites périodiques instables et de leur variétés stables/instables, nous proposons une méthode permettant d'estimer numériquement la fraction de chaos présente dans le système en fonction de Ra. Nous montrons que le mélange, d'abord partiel au voisinage de la première bifurcation, s'effectue dans presque toute la cavité avant la seconde bifurcation de Hopf. Le taux de mélange est évalué numériquement pour les valeurs de Ra les plus élevées (voir oteski et al., JFM, 2014).

11:10

Thigmotactisme, et rhéotactisme des bactéries

H. Auradou, M. Lopez, E. Clement, C. Douarche : FAST

Diphasique et Interfaces Rotation : 11h20

11:20

Radially forced liquid drop

Ali-higo Ebo Adou Laurette S. Tuckerman Damir Juric Jalel Chergui Seugwon Shin : CNRS UPMC ESPCI LIMSI

11:30

Comment naissent les vagues sous l'effet du vent ?

A. Paquier, F. Moisy, M. Rabaud : Laboratoire FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques)

Afin d'étudier les mécanismes clés de la formation des premières vagues par le vent, nous avons monté une expérience nouvelle utilisant un fluide visqueux et un système de visualisation permettant de mesurer avec une précision micrométrique les déformations de sa surface. Les résultats de cette expérience mettent en évidence l'existence de deux régimes de génération de perturbations à l'interface liquide-air. Le premier régime, de très faible amplitude et sans croissance spatiale, peut s'interpréter comme la réponse de l'interface aux fluctuations de pression présentes dans l'air ; le second régime, d'amplitude beaucoup plus forte, correspond à la croissance d'un système de vagues de longueur d'onde bien définie.

11:40

MOMENTUM BASED APPROXIMATION OF NCOMPRESSIBLE MULTIPHASE FLOWS

Loïc Cappanera Jean-Luc Guermond Wietze Herreman Caroline Nore : LIMSI

11:50

Modèles Euleriens et méthodes numériques pour la simulation des écoulements de sprays polydispersés

Matthieu Boileau, Adam Larat, Frédérique Laurent, Marc Massot, Aymeric Vié : CNRS- Laboratoire EM2C Ecole Centrale Paris

Nous nous intéressons ici à la simulation des sprays turbulents polydisperses, notamment présents dans les applications industrielles telles que les turbines aéronautiques. A cet effet, nous nous intéressons principalement à l'approche Eulerienne aux moments, qui se propose de résoudre directement des quantités statistiques comme la concentration de gouttes. Une telle approche conduit à des équations de conservation soulevant deux problématiques: 1/ un problème de fermeture des équations dû à l'utilisation d'un nombre fini de moments, et 2/ le développement de méthodes numériques adaptées aux propriétés de la phase dispersée, fortement inhomogène. Nous présentons ici nos récents travaux conduisant à la construction d'une approche globale modélisation/analyse mathématique/méthodes numériques.

12:00

Recent experimental results on particle dynamics in turbulent flows.

Ewe-Wei Saw, With Mamadou Cisee, Gregory Bewley, Samriddhi S. Ray, Mathieu Gibert, Holger Homann, Jeremie Bec, Eberhard Bodenschatz. : SPHYNX Laboratory, SPEC, CEA Saclay, Obsevatoire de la Cote d'Azur and MakPlanck Inst. of Dyn. and Self-Org., Germany.

12:10

Surfactant-induced rigidity of interfaces: a unified approach to free and dip-coated films

Lorène Champougny, Benoit Scheid, Frédéric Restagno, Jan Vermant, Emmanuelle Rio : Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, bât. 510 91400 Orsay

The behavior of thin liquid films is known to be strongly affected by the presence of surfactants at the interfaces. The detailed mechanism by which the latter enhance film stability is still a matter of debate, in particular concerning the influence of surface elastic effects on the hydrodynamic boundary condition at the liquid/air interfaces. In the present work, “twin” hydrodynamic models neglecting surfactant transport to the interfaces are proposed to describe the coating of films onto a solid plate (Landau- Levich-Derjaguin configuration) as well as soap film pulling (Frankel configuration). Experimental data on the entrained film thickness in both configurations can be fitted very well using a single value of the surface elasticity, which is in good agreement with independent measurements by mean of surface expansion experiments in a Langmuir through. The analysis thus shows that soap films or dip coating experiments may be used to measure the surface elasticity of surfactant solutions in the insoluble limit, namely as long as the film generation dynamics is fast compared to the surfactant adsorption timescale.

12:20

GENERATION OF RISING FOAM

Pavel Yazhgur (1), Florence Rouyer (2), Franck Pigeonneau (3), Emmanuelle Rio (1), Anniina Salonen (1) : 1. LPS - UMR 8502, Université Paris Sud 2. Laboratoire de Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces – UMR 8108, Université Paris-Est, Marne la Vallée, 3. Unité mixte Saint-Gobain/CNRS "Surface du Verre et Interfaces", Saint-Gobain Recherche, Aubervilliers.

Foams are an integral part of many industrial processes and for many of these it is crucial to control the foam formation parameters. In our experiment we produce foam by blowing gas through a porous plate at a controlled gas flow rate. We measure the bubble size and the liquid fraction profile. The liquid fraction profile is simulated with drift flux theory using recently developed semi-empirical expressions for osmotic pressure and foam permeability Unexpected results are shown for foams with immobile interfaces: we show once more that interfacial mobility is not affected only by the surfactant type but it also depends on the particular hydrodynamic problem under consideration.

Repas : 12h30 - 14h00

Interaction Fluide-Structure : 14h00

14:00

Flag-oscillator coupling: resonance and frequency lock-in

Emmanuel Virot Xavier Amandolese Pascal Hémon : LadHyx, Ecole Polytechnique

In a wind tunnel, we study the interaction between a flag and a mechanical oscillator with configurable inertia and stiffness. We report a strong coupling between the motion of the flag and its flagpole, with a frequency lock-in phenomenon. We show that a “stiffness-damping” parameter regulates the flagpole rotation. Notably, we design a system which generate peak-to-peak rotations of 80° at wind speed of the order of 10 m/s.

14:10

Études numérique et expérimentale de la récupération d'énergie par drapeaux piézoélectriques

Yifan Xia Sébastien Michelin Olivier Doaré : LadHyX, École Polytechnique

Dans cette présentation, nous nous intéressons à la récupération de l’énergie avec une plaque piézoélectrique flexible qui devient instable et flotte dans un écoulement axial. Nos travaux numérique et expérimental consistent à employer un circuit inductif-résistif comme le circuit de sortie, et à apprécier ses influences sur la performance de récupération. La simulation numérique montre que ce circuit résonant déstabilise le système, et par conséquent, un flottement peut avoir lieu avec une vitesse d’écoulement plus basse. Un accrochage de fréquence est aussi identifié. Cette accrochage augmente significativement l’efficacité de récupération. Avec des prototypes de drapeaux piézoélectriques couplés avec des circuits résonants de base, nos tests dans une soufflerie montrent aussi que tels circuits améliorent l’efficacité lorsqu'ils sont en résonance avec le drapeau piézoélectrique.

Magnéto-Hydrodynamique : 14h20

14:20

Optimization de la dynamo

W. Herreman, L. Chen, A. Jackson : LIMSI

Vortex : 14h30

14:30

Etude expérimentale de l'effet d'un tourbillon sur la propagation d'une onde plane

T. Humbert, B. Gallet, S. Aumaître : Service de Physique de l'Etat Condensé CNRS UMR 3680 CEA Saclay

14:40

Vortex hélicoïdaux : Instabilités linéaires et dynamique non linéaire.

C. Selçuk, I. Delbende et M. Rossi : CNRS-LIMSI

Fluides en Rotation : 14h50

14:50

Déclin visqueux d'un faisceau d'onde d'inertie dans un fluide en rotation

Nathanaël Machicoane Pierre-Philippe Cortet Frédéric Moisy : Laboratoire FAST

Dans un fluide en rotation, l’action de rappel de la force de Coriolis permet la propagation d’une classe d’ondes aux propriétés singulières, appelées ondes d'inertie. Ces ondes sont un des ingrédients importants de la dynamique des écoulements géo et astrophysiques. L'étalement et le déclin visqueux d'un faisceau de ces ondes issu d'une source localisée sont connus pour suivre, en champ lointain, une loi de puissance avec la distance à la source. Nous montrons par une étude théorique et expérimentale originale que l'exposant de déclin de l'onde dépend cependant linéairement de l'ordre multipolaire de la source considérée.

15:00

La turbulence en rotation est-elle une turbulence d'ondes?

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

La turbulence d'ondes (ou turbulence faible) décrit l'état d'un système hors d'équilibre constitué d'un grand nombre d'ondes dispersives quasi-linéaires en interaction. Dans les écoulements en rotation, la force de Coriolis est à l'origine d'une classe d'ondes dispersives anisotropes, appelées ondes d'inertie. Il est donc naturel de se demander si la turbulence en rotation peut être décrite comme une turbulence d'ondes d'inertie. Pour répondre à cette question, on passe les données issues de l'expérience de turbulence sur la plateforme tournante du FAST à la moulinette d'une analyse spatio-temporelle.

15:10

Écoulement avec disque tournant et surface libre : Recherche expérimentale des seuils d'instabilité

Faugaret Antoine Martin Witkowski Laurent : LIMSI-CNRS, UPMC

La détermination expérimentale des seuils de stabilité de l'écoulement engendré par un disque tournant dans un cavité fixe n'est pas chose aisée. Nous présenterons les difficultés que nous avons rencontrées pour trouver les seuils de manière précise et les différentes pistes explorées pour comprendre les écarts constatés avec les simulations numériques.

Café : 15h20 - 15h40

Aéroacoustique : 15h40

15:40

Wind Turbine Noise Modeling

Yuan Tian et Benjamin Cotté : Unité de Mécanique (UME), ENSTA ParisTech

A modern wind turbine converts wind energy into electrical power with satisfying efficiency. Meanwhile, noise generated aerodynamically from a wind turbine is the main concern for its acceptance by the neighborhood. The main noise sources are turbulent inflow noise and trailing edge noise. An analytical model in frequency domain is used to prediction these two noise mechanisms. An important feature of wind turbine noise is 'amplitude modulation', or 'swish', that due to the rotating motion of the blades. This feature is captured by the model for an observer locating in various directions.

Granulaires, suspensions : 15h50

15:50

Approche, collision et rebond d'une sphère dans un fluide sur une paroi texturée

Thibault Chastel, Anne Mongruel et Philippe Gondret : PMMH-ESPCI Paris et FAST Orsay

16:00

Déstabilisation d'un lit granulaire immergé par convection thermique

Herbert E., Morize C. : Laboratoire FAST, UMR 7608

Interaction Ondes de surfaces-écoulements : 16h10

16:10

Propagation d'ondes de surface au dessus d'un écoulement turbulent

Sébastien Aumaitre & Pablo Gutierrez : SPEC\CEA-Saclay

Nous présenterons une étude d’ondes de surface se propageant au-dessus d'un écoulement turbulent. L’écoulement est engendré dans une couche de métal liquide par une force électromagnétique. Ce forçage crée essentiellement une turbulence quasi 2D avec une vorticité principalement verticale. Les déformations induites par la turbulence sont éliminées par des moyennes cohérentes en phase. Ce faisant, nous observons une croissance significative de la longueur d'onde que nous expliquons en termes de décalage par un effet Doppler aléatoire. Ensuite, nous estimons l'amortissement induit par la turbulence et confrontons nos mesures aux modèles théoriques. Aucun ne permet une description complète des données expérimentales.

Écoulements Instationnaires et Turbulence – II : 16h20

16:20

Oscillations à faible nombre de Reynolds de cylindres confinés dans une cellule de Hele-Shaw

V. D'Angelo* H. Auradou M. Cachile* L. Gianorio* J.P. Hulin+ B. Semin† : + Laboratoire FAST Bat 502, Campus Paris Sud * Grupo de Medios Porosos, Facultad de Ingenieria, Paseo Colon 850, 1063, Buenos Aires Argentina † LPS ENS, 24 rue Lhomond, Paris Cedex 05

Nous étudions les instabilités d'un cylindre horizontal se déplaçant librement dans un écoulement de Hele-Shaw vertical et, en particulier, l'influence des confinements latéraux L/W et transverse D/H (L et D= longueur et diamètre du cylindre, W et H= largeur et gap de la cellule). Pour 0.4≤D/H≤0.6: on observe des oscillations transverses perpendiculaire à la paroi de fréquence indépendante de D/H et L/W pour une vitesse donnée Vc du cylindre. Cette instabilité est localement bidimensionnelle et déterminée par la vitesse relative locale entre le fluide et le cylindre; elle apparait à des nombres de Reynolds plus faibles que l'émission de vortex. Pour D/H ≥ 0.55, on observe des oscillations périodiques de l'angle du cylindre avec l'horizontale et de sa position latérale: leur fréquence diminue quand L/W augmente et est indépendante de D/H et de Vc.

16:30

Modes propres d'un jet subsonique

Lutz Lesshafft ^1, Wilfried Coenen ^2, Xavier Garnaud ^1, Alejandro Sevilla ^2 : 1) LadHyX 2) Universidad Carlos III de Madrid

L'instabilité des jets est caractérisée par leur spectre et par leur pseudo-spectre. En particulier, le cas d'un jet plus léger que l'air ambiante est considéré. La différence de masse volumique fait naître un mode instable isolé, dont la fréquence correspond aux mésures expérimentales. La signification des autres parties du spectre sera aussi discutées.

Clôture : 16h40 - 16h50