FTC-Acoustique – Aérodynamique – Turbulence – 2AT

  • Acoustique - Aérodynamique - Turbulence
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Chercheurs et enseignants-chercheurs

Peter Jordan

Responsable d'équipe

Tél: +33 5 49 36 60 09

Marcello Meldi

Responsable d'équipe

Tél: +33 5 49 49 80 91

Activités de recherche

Présentation générale

Les régimes d’écoulements turbulents sont à la base de la recherche menée par l’équipe 2AT, motivée en grande partie par des problématiques industrielles associées au développement durable, à l’efficacité énergétique et plus généralement à l’ingénierie verte. Le spectre d’applications concernées inclut les éoliennes, les milieux urbains, ainsi que le transport terrestre et aérospatial.

 

Les écoulements abordés par l’équipe couvrent une gamme de Mach allant de l’incompressible jusqu’aux abords du régime hypersonique, et sont majoritairement à nombre de Reynolds élevés, la turbulence y jouant un rôle central. L’étude de ces écoulements complexes est abordée par le biais d’approches expérimentales, théoriques, et numériques, ces trois approches étant souvent implémentées ensemble de manière synergique.

 

L’association du fondamental et de l’appliqué est aussi une caractéristique de notre équipe. La meilleure manière d’aborder des problématiques appliquées—pour lesquelles nous sommes sollicités par nos partenaires industriels—est d’analyser des mécanismes physiques fondamentaux sous-jacents. La combinaison des approches expérimentales, théoriques et numériques évoquée ci-dessus est donc conçue de manière à ce que les mécanismes fondamentaux en jeu puissent être identifiés, compris, modélisés et enfin manipulés ou contrôlés. La modélisation simplifiée, ici un élément central, peut être élaborée par des approches systématiques de réduction de modèle (data-driven), par la manipulation des équations de Navier-Stokes (projection, linéarisation, …), ou par des approches phénoménologiques.

 

Les travaux de l’équipe s’appuient sur 4 thèmes de recherches développés ci-dessous.

Thèmes de recherche
  • Compréhension/manipulation/contrôle du torseur aérodynamique instationnaire des corps à géométries complexes (qui incluent corps mobiles et interaction fluide-structure) et mécanismes physiques associés, dans le cadre de configurations d'écoulements incompressibles : Les applications incluent le contrôle de véhicules réactifs, ainsi que la dynamique de vol des drones et la dynamique pendulaire du transport par câble. Les moyens d'analyse incluent la simulation numérique, l'expérimentation et le développement métrologique, ainsi que l'utilisation de l'assimilation des données pour estimer la sensibilité de ces écoulements aux incertitudes épistémiques incontournables dans les cas test réels.
  • Analyse des écoulements haute vitesse autour de corps à géométrie complexe: Les analyses visent la compréhension de phénomènes physiques comme les situations hors équilibre, la transition turbulente et la résonance. Les outils d'analyse incluent les expérimentations et la simulation numérique, qui sont augmentées avec des techniques avancées d’analyse et de modélisation comme resolvent analysis (locale et globale), la modélisation d'ordre réduit ; et des approches Big Data comme l'assimilation des données.
  • Ecoulements pulsés : débimétrie instationnaire (effets acoustiques, application en régime compressible); contrôle d’injection de carburant.
  • Extension de l’approche stabilité/resolvent au-delà des écoulements canoniques (jets ronds, couche limite, couche de mélange, …) pour aller vers des configurations plus complexes (jets minces annulaires avec rotation) et comprenant des écoulements tridimensionnels incompressibles (sillages de corps, bulle de recirculation,…) et compressibles (interaction jet-voilure, systèmes à jets multiples,...).
  • Elaboration de stratégies d’estimation en temps réel et de contrôle en boucle fermée basées sur resolvent analysis. Les premiers cas tests prévus comprennent un jet turbulent à nombre de Reynolds élevé et l'aéroacoustique d'une interaction jet-voilure.
  • Interactions non-linéaires et leur rôle dans la dynamique des structures cohérentes : Il est prévu d'aborder la question de la modélisation dynamique des interactions non-linéaires qui sous-tendent le forçage dans le cadre resolvent.
  • Aéroacoustique d’obstacles : Localisation de source par approches inverses (beamforming/retournement temporel), approches 3D par couplage expérimental-numérique. Elaboration d’approches de modélisation RANS/stabilité/resolvent. Analyse des effets de forme. Caractérisation des bifurcations entre dynamiques 2D et 3D.
  • Analyse des effets des conditions amonts sur des phénomènes aéroacoustiques.
  • Thermoacoustique: Qualification exhaustive du réfrigérateur thermoacoustique compact et évolution vers une nouvelle génération de machine; travail notamment sur sources de mouvement acoustique.
  • Acoustique non-linéaire : Etude des mécanismes de transfert acoustique-hydrodynamique (vent acoustique ; transition turbulente ; effets de bords) et acoustique-thermique (couplage thermoacoustique-convection acoustique-convection naturelle)
  • Liners acoustiques : simulation spatiale de canal avec onde acoustique ; analyse de stabilité globale en canal avec impédance de paroi. Inclusion de cavités pariétales.
  • Adaptation de la modélisation du bruit de bâtiment au bruit urbain et à la prise en compte d’impédances de surfaces diffusantes et réactives (résonateurs).

 

  • Méthodes aux frontières immergées (IBM) avec différentes stratégies d'implémentation (forçage direct, interpolation Lagrangienne...). Le objectifs incluent la représentation haute-fidélité des dynamiques proche paroi mais aussi le développement de modèles physiques (échange de chaleur, fonctions de paroi ...).
  • Méthodes meshless pour les systèmes Navier-Stokes incompressibles avec applications en thermique pouvant faire intervenir la convection couplée à l'équation du transfert radiatif.
  • Simulation d'ordre réduit (LES, RANS, hybrides) : Les activités incluent des applications d’aérodynamique, d'aéroacoustique à des configurations industrielles ainsi que l'amélioration des modèles avec le couplage de l’assimilation des données et de l'intelligence artificielle.
  • Développement des méthodes numériques pour applications HPC, qui incluent la transposition des codes utilisés vers les architectures GPU. Ces travaux permettront l'amélioration de la simulation haute-fidélité pour l'analyse des mécanismes non-linéaires multi-échelles à l'œuvre pour compréhension, modélisation, prévision d’écoulements compressibles turbulents, mono/diphasique en présence d’onde de choc.