Cette thèse porte sur l'influence d'un jet plan pariétal sur une nappe de retour (backlayering). Cette étude peut être divisée en deux parties : une étude expérimentale et une étude numérique. Les expériences ont permis d'identifier le comportement de la nappe de retour en présence du jet. L'étude numérique débute par une validation du modèle numérique à partir des résultats de l'étude expérimentale. Une étude paramétrique est réalisée afin de déterminer l'influence du jet sur les caractéristiques et la stratification de la nappe de retour. La présence du jet plan pariétal induit une diminution de la longueur de la nappe de retour et une variation de l'épaisseur de la nappe de retour du fait de l'introduction du jet :pour une vitesse débitante fixée, l'augmentation du rapport entre la vitesse d'éjection, du jet et la vitesse débitante induit une augmentation de l'épaisseur de la nappe de retour ; pour un rapport entre la vitesse d'éjection du jet et la vitesse débitante constant, l'augmentation de la vitesse débitante conduit à un affinement de la nappe de retour. La stratification de la nappe de retour est conservée en présence du jet plan pariétal / The aim of this study is to determine the influence of a wall attached plane jet on the backlayering. This study is composed of two parts. The experimental part consists in identifying the behaviour of the backlayering in presence of the jet. The numerical part started with a validation of the numerical model using experimental study results. Then, a parametric study enables to determine the influence of the jet on the backlayering. The presence of the parietal plan jet induces a decrease of the backlayering length. Two main conclusions are achieved for the backlayering thickness change due to the jet : for a constant air flow velocity, the increase of the ratio between jet velocity and air flow velocity induces an increase of the backlayering thickness ; for a constant ratio between jet velocity and air flow velocity, the increase of the air flow velocity leads to an increase of the backlayering thickness. Finally, the backlayering stratification is maintained on the presence of the jet

Foram feitas simulações de um jato plano livre e incompressível usando o modelo de uma equação Spalart-Allmaras padrão e um modelo Spalart-Allmaras modificado através da alteração da escala de comprimento turbulenta. Sabe-se da literatura que no caso de jatos livres o modelo Spalart-Allmaras não consegue predizer adequadamente os resultados observados experimentalmente. Os resultados das simulações foram comparados com experimentos da literatura através de perfis de velocidade e da taxa de expansão do jato. Como esperado, os resultados obtidos das simulações utilizando o modelo Spalart-Allmaras padrão foram considerados insatisfatórios, porém o modelo Spalart-Allmaras modificado teve uma melhor concordância com os resultados experimentais. Além disso, o modelo Spalart-Allmaras modificado foi usado para simular os casos do escoamento sobre uma placa plana sem gradiente de pressão e o escoamento em um degrau com separação e gradiente adverso de pressão. Quando comparados com resultados experimentais da literatura e com resultados obtidos usando o modelo padrão, os resultados do modelo modificado obtidos para ambos os casos foram muito satisfatórios, concluindo-se que a modificação da escala de comprimento permite obter uma maior generalidade para o modelo Spalart-Allmaras. / Simulations of a plane and incompressible free jet using the standard Spalart-Allmaras model and a Spalart-Allmaras model modified by changing the turbulent length scale were carried out. It is known from literature that, in the case of the free jet, the Spalart-Allmaras model fails to adequately predict the experimentally observed results. The results of our simulations were compared with published experiments using the velocity profiles and the jet spreading rate. As expected, the results of simulations using the standard Spalart-Allmaras model were considered unsatisfactory while the modified Spalart-Allmaras model had a better agreement with the experimental results. Furthermore, the modified Spalart-Allmaras model was used to simulate the cases of flow over a flat plate with no pressure gradient and flow through a backward facing step with separation and adverse pressure gradient. When compared with experimental results from the literature and with results obtained using the standard model, the results of the modified model for both cases were very satisfactory, allowing the conclusion that the change in the length scale provided a greater generality for the Spalart-Allmaras model.

L'influence de la variation de masse volumique pour le développement des instabilités primaires d'un jet plan est étudiée par simulation numérique directe des équations deNavier-Stokes incompressibles. Chaque méthode numérique retenue ainsi que la construction du programme sont détaillées pas à pas en insistant particulièrement sur le choix desconditions aux limites. La méthode est validée par une étude linéaire qui présente des résultats pour une large gamme de valeurs du rapport de densité. À partir de ce code nonlinéaire, on étudie la transition convective/absolue subie par le mode variqueux lorsque lerapport de densité diminue pour di_érents profils dont le Bickley et le presque top-hat. Une remise en cause du critère de stabilité marginale est proposée. En outre, l'observation inattendue de modes globaux amortis pour les rapports de densité voisins de 1 dans le cas d'un profil presque top-hat nous conduit à proposer une hypothèse en étudiant l'équationanalytique implicite qui définit la relation de dispersion du mode variqueux pour un profiltop-hat. Une courte étude expérimentale dans laquelle on présente les différentes techniques employées, ainsi que les premières mesures de vitesse et de densité, complète ce travail, endonnant des informations sur les fréquences caractéristiques.

Foram feitas simulações de um jato plano livre e incompressível usando o modelo de uma equação Spalart-Allmaras padrão e um modelo Spalart-Allmaras modificado através da alteração da escala de comprimento turbulenta. Sabe-se da literatura que no caso de jatos livres o modelo Spalart-Allmaras não consegue predizer adequadamente os resultados observados experimentalmente. Os resultados das simulações foram comparados com experimentos da literatura através de perfis de velocidade e da taxa de expansão do jato. Como esperado, os resultados obtidos das simulações utilizando o modelo Spalart-Allmaras padrão foram considerados insatisfatórios, porém o modelo Spalart-Allmaras modificado teve uma melhor concordância com os resultados experimentais. Além disso, o modelo Spalart-Allmaras modificado foi usado para simular os casos do escoamento sobre uma placa plana sem gradiente de pressão e o escoamento em um degrau com separação e gradiente adverso de pressão. Quando comparados com resultados experimentais da literatura e com resultados obtidos usando o modelo padrão, os resultados do modelo modificado obtidos para ambos os casos foram muito satisfatórios, concluindo-se que a modificação da escala de comprimento permite obter uma maior generalidade para o modelo Spalart-Allmaras. / Simulations of a plane and incompressible free jet using the standard Spalart-Allmaras model and a Spalart-Allmaras model modified by changing the turbulent length scale were carried out. It is known from literature that, in the case of the free jet, the Spalart-Allmaras model fails to adequately predict the experimentally observed results. The results of our simulations were compared with published experiments using the velocity profiles and the jet spreading rate. As expected, the results of simulations using the standard Spalart-Allmaras model were considered unsatisfactory while the modified Spalart-Allmaras model had a better agreement with the experimental results. Furthermore, the modified Spalart-Allmaras model was used to simulate the cases of flow over a flat plate with no pressure gradient and flow through a backward facing step with separation and adverse pressure gradient. When compared with experimental results from the literature and with results obtained using the standard model, the results of the modified model for both cases were very satisfactory, allowing the conclusion that the change in the length scale provided a greater generality for the Spalart-Allmaras model.

Un jet heurtant une plaque fendue peut générer, dans certaines configurations, des nuisances sonores. En effet, l’interaction de l’écoulement et de l’obstacle au niveau de la fente, sous certaines conditions, donne naissance à une perturbation remontant l’écoulement et pouvant contrôler son détachement à sa naissance. La perturbation produite par cette boucle de rétroaction optimise le transfert d’énergie du champ aérodynamique du jet vers le champ acoustique rayonné. Afin d’appréhender la dynamique tourbillonnaire, d’analyser les couplages entre cette dernière et les émissions sonores générées et de mieux comprendre les phénomènes responsables de ces nuisances, un dispositif expérimental basé sur de la métrologie laser a été réalisé. Ce système permet, d’une part, la génération de l’écoulement et la maitrise de ses paramètres (confinement, vitesse, forme,…) et d’autre part, la réalisation de plans lasers et de mesures par imagerie de particules (PIV). Ainsi le travail présenté dans ce manuscrit concerne les couplages qui existent entre la dynamique de l’écoulement heurtant une plaque fendue et les champs acoustiques générés. Les mesures de champs cinématiques d’un jet plan heurtant une plaque fendue par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) sont réalisées simultanément avec des mesures de champs acoustiques. Après avoir caractérisé les écoulements étudiés, on présente par des graphes spatio-temporels, les corrélations entre les signaux acoustiques et les vitesses de l’écoulement depuis la sortie du jet jusqu’à son arrivée à la plaque fendue. Ces corrélations sont calculées de deux manières : à partir de signaux bruts dans un premier temps, puis, dans un second temps, avec une méthode de pré-blanchiment (terme anglo-saxon : ‘’pre-whitening’’). Cette méthode vise à mettre en exergue l’existence d’une instabilité globale du jet qui existe dans les signaux analysés. Cette instabilité est importante pour la boucle de rétroaction des sons auto-entretenus, mais quasiment masquée devant les phénomènes principaux dominants (tourbillons primaires) dans le calcul des inter-corrélations. / Self-sustaining sounds related to aero-acoustic coupling occurs in impinging jets when a feedback loop is present between the jet exit and a slotted plate: the downstream-convected coherent structures and upstream-propagating pressure waves generated by the impingement of the coherent structures on the plate are phase locked at the nozzle exit. The upstream-propagating waves excite the thin shear layer near the nozzle lip and result in periodic coherent structures. The period is determined by the convection speed of the coherent structures and the distance between the nozzle and the plate. Simultaneous measurements of the velocity fields and the acoustic waves in a plane jet impinging a slotted plate were performed using time-resolved particle image velocimetry (PIV) and a microphone. A better understanding of the flow physics and the aero-acoustic coupling are obtained thanks to spatio-temporal cross-correlations between the transverse velocity and the acoustic signals. Cross-correlations are calculated using two different methods: classical analysis of the original signals and by developing a pre-whitening technique. The latter method is useful for analyzing small random signals superimposed on a high amplitude pure tone.

L'injection d'un mélange carburant/comburant dans une chambre de combustion d'un turboréacteur ou d'un moteur-fusée fait intervenir un jet liquide, cisaillé par un gaz rapide. Le jet liquide peut être sous certaines conditions sujet à un phénomène de battement à grande échelle. Ce phénomène, dont les mécanismes de base sont aujourd'hui mal connus, peut avoir des conséquences importantes sur la combustion. Nous réalisons dans ce travail une étude numérique de jets liquides cisaillés par une phase rapide, en portant une attention particulière à l'étude de l'interaction entre les structures tourbillonnaires de la phase rapide et le jet liquide. Une nappe liquide plane cisaillée de part et d'autre par une phase rapide est analysée dans un premier temps . Les mécanismes de déstabilisation de cette nappe liquide sont étudiés, ainsi que le contrôle passif du phénomène de battement. Des jets liquides coaxiaux, cisaillés par une couronne de phase rapide, sont ensuite analysés. Les mécanismes de déstabilisation à grande échelle sont étudiés, ainsi que le contrôle passif et actif de cette déstabilisation. La simulation d'une configuration d'écoulement réaliste eau/air est enfin réalisée, en interaction avec les expérimentateurs du LEGI. Une attention particulière est portée à l'écoulement se produisant au sein de la buse d'injection. / Fuel injection in an aircraft engine or in a rocket engine involves a liquid jet sheared by a high-velocity gas. The liquid jet can display, under some specific conditions, a flapping motion. This flapping motion, the basic mechanisms of which are still poorly understood, can significantly impact the combustion process. We perform in this work a numerical study of liquid jets interacting with a high-speed stream and focus on the interactions between the vortical structures in this high-speed stream and the liquid jet. A plane liquid jet surrounded by two high-speed streams is first analysed. The mechanisms leading to the flapping motion are studied, as well as the passive control of this instability. A liquid coaxial jet, sheared by an annular high speed stream, is next analysed. The mechanisms leading to the flapping motion are also analysed, as well as passive and active strategies for controlling this instability. Finally, we perform simulations of an experimental set-up studied at LEGI, focusing on the flow inside the nozzle.