Reproduction de : Thèse doctorat : Mécanique des fluides : Toulouse, INPT : 1996. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 94 réf.

Le décollement de la couche limite est un phénomène aérodynamique, généralement indésirable sur un profil d'aile en incidence, qui occasionne une diminution des performances de la voilure.<br />De nombreux auteurs ont montré qu'il est possible d'éliminer ou, le cas échéant, de retarder l'apparition des décollements en implantant des dispositifs de contrôle appelés « actionneurs » sur l'aile.<br />Des actionneurs, de type fluidique, ont été comparativement utilisés sur deux configurations expérimentales : un profil épais symétrique NACA 0015, siège de décollements de type « bord de fuite » et un profil symétrique ONERA D caractérisé par des décollements de type « bord d'attaque ». Placés en proche paroi d'extrados, les actionneurs se présentent sous la forme d'injecteurs discrets ou sous la forme d'une fente de faible épaisseur, le soufflage étant stationnaire ou instationnaire.<br />Nous avons étudié l'influence de différents paramètres (géométrie des actionneurs, fréquence et intensité de l'excitation...). Il a été possible de mettre en évidence une modification profonde des structures de l'écoulement sous les effets du contrôle qui favorise le processus de recollement de la couche limite et aboutit à une augmentation de la portance et à une réduction considérable de la traînée.<br />Cette étude consacrée à la validation de l'efficacité de différents modes d'action et à la compréhension des mécanismes de recollement est actuellement complétée par une approche instationnaire du contrôle (quantification des temps de réponse caractéristiques des actionneurs et de l'écoulement). Elle constitue la première étape vers la mise en place sur les voilures, à plus long terme, d'un système de contrôle rétroactif.

ALe travail réalisé dans le cadre de cette thèse en co-tutelle est à cheval entre deux domaines d’étude de l’interférence de sillage d’obstacle non profilé (soit un cylindre ou deux cylindres en tandem) et celle des zones de recirculations dans un sluice artisanal (un appareil de tri d’or). Notre étude contribue à l’étude des écoulements à surface libre par combinaison de quelques méthodes expérimentales. Nous avons couplé quelques techniques entre autres la visualisation de la topologie du sillage proche par la caméra CCD embarquée, les mesures des champs de vitesse par PIV et des efforts hydrodynamiques. Ainsi, le cylindre animé d’un mouvement uniformément accéléré/décéléré est caractérisé par les forces de traînée et de portance, les enveloppes des maximas, la longueur de le zone de recirculation et le nombre de Strouhal local. Dont ce dernier a une valeur avoisinant de 0.4 près de la surface libre. Et entre deux pics de la portance, le déferlement de la vague d’accompagnement est observable. L’interférence entre deux structures est simulée à travers deux cylindres et que sur une configuration symétrique, le paramètre de proximité B a tendance à accroître la longueur de la zone de recirculation. Les méthodes et dispositifs expérimentales décrites ci-dessus sont appliqués dans le cas d’écoulement hydrodynamique turbulent au sein du sluice. Les essais sur sites aurifères à Madagascar ont permis la collecte des informations sur les paramètres optimums du tri. Ces paramètres sont pris comme base initiale des travaux de laboratoire entamés sur une maquette à l’échelle 1. L’acquisition par PIV suivi des traitements statistique à multi-variables POD Snapshot nous a permis de créer un modèle expérimental de l’écoulement composé de 4 zones distinctes. L’étude expérimentale a été complétée par une simulation numérique par ANSYS14.5 ; qui nous a permis de conclure que l’approchement des riffles entraîne une diminution de la zone favorable du dépôt des minerais lourds. / Two major areas are focused in the thesis. The first investigates the interference due to a wake-pattern of non-profiled obstacles (such as one or two cylinder in tandem). The second characterizes the zone of recirculation inside an artisanal sluice-boxe, which is a device for gold extraction. The work contributes to the study of the flow of a free-surface using experimental methods. Also, a few approaches is combined for the investigation. In this regard, the near-wake pattern of the flow is examined using an embedded CCD camera, correlated to a PIV measurement of the velocity fields and the hydrodynamic forces. We found that a cylinder of uniform motion, accelerated or decelerated, is characterized by: the drag and the lift forces, the envelopes of maxima, the length of the recirculation zone and the local Strouhal number. The Strouhal number approaches the value of 0.4 next to a free-surface and a breaking wave is observed in-between two peaks of the lift force. We modeled the interference between two structures using a succession of two cylinders. The proximity parameter B tends to an increase of the recirculation length for a symmetrical arrangement.Our methods and the experimental procedures are applied for the examination of a turbulent hydrodynamic flow inside a sluice. Tests were performed on gold sites in Madagascar. This permitted the collection of information concerning the optimum parameters for an extraction. The obtained values form the basis of our laboratory work and are applied to a scaled model for validation. An experimental flow model, made of four distinct zones, is derived from a monitored PIV data and a statistical analysis of a multi-variable POD snapshot. The results are validated through simulations using the package ANSYS 14.5. The investigation shows that a closer riffles reduces the region for heavy minerals deposition.

Un bon dimensionnement d’une fondation superficielle nécessite une bonne caractérisation du sol sur lequel elle reposera. Pour le cas des sols granulaires, les essais de reconnaissances destructifs (SPT, CPT, etc.) impliquent la conversion des profils obtenus du sol exploré en un profil de rigidité afin de pouvoir estimer sa portance. Une telle tâche peut induire des erreurs au niveau de l’estimation étant donné qu’elle nécessite le passage d’un nombre de paramètres (N, qc) n’illustrant pas l’état réel du sol (rigidité) à des paramètres caractérisant sa performance (module élastique, coefficient de Poisson). La caractérisation des sols granulaires en utilisant la vitesse des ondes de cisaillement (non destructive) nous permet de contourner ce problème étant donné qu’elle nous donne directement la variation d’un paramètre intrinsèque au sol (Vs) à partir duquel il est possible d’effectuer le dimensionnement. La disponibilité d’une technique de mesure de vitesses de cisaillement (P-RAT) sur des échantillons de sols au laboratoire géotechnique de l’UdeS, nous a permis de mettre en œuvre l’application de Vs dans l’estimation de la portance des sols granulaires. Au cours de ce mémoire, une procédure servant à estimer le tassement des fondations superficielles reposant sur des dépôts granulaires est présenté. Les paramètres de cisaillement (Vs, G) d’un sable déterminés à l’aide des essais de caractérisation (P-RAT) ont été utilisés pour construire un modèle numérique de fondation. La consistance des résultats numériques du modèle a été confirmée à travers des essais de chargement de plaque. Ce travail montre donc l’importance des paramètres de cisaillement dans la modélisation d’une application fréquente en géotechnique. Il constitue un départ considérable pour la construction de relations constitutives basées sur le paramètre vitesse de cisaillement.

Mémoire (M.Eng.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Sc.A.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

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Cette thèse expérimentale et numérique s’intéresse à l’écoulement à inertie négligeable d’un fluide newtonien et d’un fluide à seuil autour d’une plaque ou d’un cylindre en présence d’une paroi. Les efforts générés et les structures d’écoulement ont été particulièrement étudiés. Pour le fluide à seuil, l’étude est centrée sur le domaine des effets de seuil grands par rapport aux effets visqueux. Pour l’approche expérimentale, un dispositif a été conçu permettant de mesurer simultanément les forces de traînée et de portance en fonction de la vitesse et de la distance obstacle/paroi. Les fluides étudiés sont un sirop de glucose Newtonien et un gel de Carbopol considéré comme un fluide à seuil modèle. Ces matériaux ont été finement caractérisés du point de vue rhéologique. Des simulations numériques utilisant le modèle viscoplastique anélastique d’Herschel-Bulkley régularisé par le modèle de Papanastasiou ont été réalisées. Les résultats obtenus avec le fluide newtonien ont permis de valider l’installation expérimentale et l’approche numérique. Les effets de la contrainte seuil, de la distance paroi/obstacle, de la rhéofluidification, de l’angle d’inclinaison de la plaque sur les coefficients de traînée et de portance ont été examinés en détail. Le régime de lubrification a été étudié pour le cylindre expérimentalement et théoriquement. La morphologie de l’écoulement (zones rigides) et les grandeurs locales ont été montrées. Des solutions analytiques de la traînée et de la portance ont été proposées. Les comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques ainsi qu’avec les solutions issues de la plasticité de la mécanique des sols sont analysées. Les écarts sont discutés en termes d’influence de l’élasticité et de plasticité du fluide à seuil. / This experimental and numerical thesis deals with the creeping flow of a Newtonian fluid and a yield stress fluid around a plate or a cylinder in the presence of a wall. The generated forces and the flow structures have been particularly studied. The study focuses for the yield stress fluid on large yield stress effects compared to the viscous effects. For the experimental approach, a device has been designed to measure simultaneously the drag and lift forces as a function of velocity and obstacle / wall distance. The fluids studied are a Newtonian glucose syrup and a Carbopol gel considered as a yield stress fluid model. These materials have been finely characterized from the rheological point of view. Numerical simulations using the Herschel-Bulkley anelastic viscoplastic model regularized by the Papanastasiou model were carried out. The results obtained with the Newtonian fluid allowed to validate the experimental set-up and the numerical approach. The effects of the yield stress, the wall / obstacle distance, the power law index and the inclined plate on the drag and lift coefficients were carefully examined. The lubrication regime has been studied for the cylinder both experimentally and theoretically. The morphology of the flow (rigid zones) and the local field quantities have been shown. Analytical solutions of drag and lift have been proposed. Comparisons between the experimental and numerical results as well as the solutions resulting from the plasticity of soil mechanics are analyzed. Deviations are discussed in terms of the elasticity and plasticity influence of the yield stress fluid.

Les travaux de recherche constituent une contribution au développement de la théorie de la fiabilité en mécanique des fluides. Pour la conception de machines et de systèmes mécatroniques complexes, de nombreux composants fluides, difficiles à dimensionner, sont utilisés. Ces derniers ont des caractéristiques intrinsèques statiques et dynamiques sensibles et ont donc une grande importance sur la fiabilité et la durée de vie de la plupart des machines et des systèmes.Le développement effectué se concentre spécialement sur l'évaluation de la fiabilité d’un palier fluide grâce à un couplage « mécanique des fluides - fiabilité ». Ce couplage exige une définition propre de la fonction d’état limite permettant d’estimer la probabilité de défaillance d’un palier fluide. La modélisation par l'équation de Reynolds modifiée permet de déterminer la capacité de charge d’un palier fluide en fonction des conditions de fonctionnement. Plusieurs formes simples de paliers fluides ont été modélisées analytiquement et leurs probabilités de défaillance ont été estimées grâce à des méthodes d'approximation FORM/SORM (First Order Reliability, Second Order Reliability) et de simulation Monte Carlo. / These research is a contribution to the development of reliability theory in fluid mechanics. For the machines design and complex mechatronic systems, many fluid components are used. These components have static and dynamic sensitive characteristics and thus have a great significance on the reliabilityand lifetime of the machines and systems. Development performed focuses specifically on the reliability evaluation of a fluid bearing using a"fluid mechanics - reliability" interaction approach. This coupling requires a specific definition of the limit state function for estimating the failure probability of a fluid bearing. The Reynolds equation permits to determine the fluid bearing load capacity according to the operating conditions. Several simple geometries of fluid bearings were modeled analytically and their failure probabilities were estimated using the approximation methods FORM / SORM (First Order Reliability Method,Second Order Reliability Method) and Monte Carlo simulation.

Cette thèse porte sur l'étude numérique et physique de la dynamique d'un fluide réel incompressible initialement au repos, mis en mouvement par les oscillations rectilignes transversales forcées d'un cylindre. Ce système est décrit par deux nombres adimensionnels. Le nombre de Reynolds (Re) compare les forces d'inertie aux forces de viscosité, et le nombre de Keulegan-Carpenter (KC) mesure l'amplitude des oscillations du cylindre par rapport à son diamètre. L'objectif est de déterminer l'influence de ces deux paramètres sur les forces de traînée et de portance exercées par le fluide sur la structure, en lien avec la dynamique de l'écoulement. Les équations de Navier-Stokes sont résolues numériquement par une méthode d'éléments finis. Les résultats de ces calculs pour l'écoulement et les forces permettent d'abord d'identifier différents modes de comportement du système sur un cycle d'oscillation du cylindre. Les propriétés de symétrie de l'écoulement et les trajectoires des tourbillons sont corrélées aux signaux temporels des forces. Puis l'analyse de la réponse du système sur des temps longs devant la période d'oscillation du cylindre met en évidence des domaines de stabilité des modes dans le plan (KC, Re). Dans certains régimes, les forces présentent des fluctuations d'amplitude. Elles sont interprétées notamment à l'aide des spectres des forces et des instabilités observées dans l'écoulement. Enfin, le passage du problème d'un seul cylindre à un réseau carré de 25 cylindres est étudié. Une approche énergétique est proposée pour caractériser l'influence de KC et Re sur le comportement global du système, dans le cas du cylindre isolé et celui du réseau.