The paper extends the analytical results obtained by Hwung et al. (1981) and further considers the non-linearity of waves to investigate variation horizontal velocity, temperature distribution induced by interaction of 2-D plane jet and waves. On the steady state, the nonlinear wave is considered as external force in motion equations, the property of momentum conservation of jet flow, and radiation stress are applied to analyze the interaction of waves- jet flow in arbitrary profile. The scale function 1 £` £\1(x) , 2 2£` £\ (x) between the variation function f (x,y) and velocity distribution can also be obtained. The non-dimensional theoretical solution is also useful to estimate the relative characteristics in the physical field. The momentum equation and velocity distribution of interaction without property of temperature diffusion are employed to find the temperature distribution for arbitrary sections. Based on the experiments and theory solution obtained by Hwung et al. (1981) it is found that time-averaged horizontal velocity and temperature are Gaussian distribution, the coefficient of horizontal velocity 1 c , and temperature distribution 2 c are 0.105, 0.148, respectively. In the present, two coefficients considered as non-linearity of waves 1 c = 0.124 and 2 c = 0.152 are determined. In other words, it is shown that exact solution and boundary effect included non-linearity of waves is related to velocity of jet flow, wave periods, relative depth and steepness of waves respectively. Comparing with experiments indicated that the analytical solution of the present for MSE is well confirm the experimental results and better than linear results obtained by Hwung et al. (1981) The influence due to interaction of 2-D turbulent jet flow and Stokes waves can be obtained by using dimension analysis. Moreover, the related properties inside the flow also can be estimated.

The variation of velocity and temperature distribution in arbitrary profile along the centerline in turbulent which encounters non-linearity regular progressive gravity wave and steady uniform flow right in front are investigated analytically and verified by existing experiments. Firstly, the action of periodic waves and current are incorporated into the equation of motion as an external force and applied radiation stress for evaluating the velocity distribution over arbitrary lateral cross section. Based on the momentum exchange after the interaction between turbulent plane jet and oppositive non-linearity wave and uniform flow, the physical characteristics of jet-wave and current are able to be determined theoretically. Secondly, there are critical sections in both velocity and temperature transport processes when the turbulent plane jet influenced by wave and current motion. Fluctuating function will be close to infinity, is the order of wave sharpness; Average velocity for every wave period along the centerline approach to zero, That¡¦s thanks to the momentum of plane jet is extruded by the momentum of wave and current, Beyond the critical section, characteristics of the jet is no longer existing, such phenomena mean that only the wave and current dominating. Velocity and temperature distribution in the zone of flow developed are Gaussian curve, as has been measured in experiment. The momentum extrusion of counter flow in jet is significant in the deep water and small wave; The velocity distribution coefficient is changing with the increasing of counter flow velocity, owing to the entrainment effect, and the potential core will reducing with the increasing of counter flow velocity.

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

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.