Hydrodynamique instationnaire d'un cylindre sous choc
Par : Melot Vincent
Document archivé le : 14/12/2007
Ce travail présente une étude analytique, numérique et expérimentale de l hydrodynamique cylindre soumis à un choc sinus. L étude analytique consiste à développer un modèle général permettant de prédire les forces et la répartition de pressions sur le cylindre soumis à un mouvement transitoire quelconque dans un fluide visqueux bidimensionel. La simulation numérique s attache à la modélisation en maillage mobile d un cylindre évoluant dans un domaine fluide infini bidimensionel sous le code généraliste STAR-CD. Un dispositif expérimental avec la chaîne de mesure associée est conçu permettant d imposer différents types de mouvements (choc sinus, mouvement oscillatoire entretenu) à un cylindre baignant dans un bassin. Ces trois approches complémentaires montrent que l écoulement est régi par deux nombres adimensionnels : le nombre de Stokes, ß, et le nombre de Keulegan-Carpenter, KC. ß mesure le rapport entre le temps de diffusion visqueuse et le temps caractéristique du choc et KC le rapport entre le déplacement maximum du corps et son diamètre. Dans le cas où ß est très grand (fluide parfait), la force sur le cylindre est régie par l effet inertiel quelque soit KC. A petit KC, la pression est contrôlée uniquement par l effet inertiel alors que pour des grands KC, un effet d advection vient s ajouter.A ß modéré et pour des petites valeurs de KC, la force et la pression subissent trois effets : un effet d inertie, d histoires et de traînée. Pour des grandes valeurs de KC, l écoulement devient plus riche : des zones dynamiques de vorticité apparaissent. Elles induisent de fortes fluctuations locales de pression sans modifier la force totale.lCe travail se termine par l étude d un cas d interaction fluide-structure où les outils de prédiction et de simulation développés précédemment sont mis en oeuvre. Les phénomènes d inertie, de trainée et les effets d histoire apparaissent simultanément et sont couplés avec le mouvement du cylindre.
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