The Quasi-Steady Quasi-Homogeneous (QSQH) theory describes one of the mechanisms by which the large-scale motions active outside the viscous and buffer layers affect (‘modulate’) the turbulent flow inside these layers. The theory presumes that the near-wall turbulence adjusts itself to the large-scale component of the wall friction. Formulated in a mathematically rigorous form, the theory allows nontrivial quantitative predictions. The talk will describe the basics the theory and its methods, its current state, and a new tool making the application of this theory easy. Examples of applications and comparisons will be given.
Typologie d'événements : Séminaires
Séminaire Équipe TriboLub : présentations d’Ana Maria Balasoiu & Emanuele Giampaolo
Ana Maria Balasoiu: A parametric study of a porous self-circulating hydrodynamic bearing
The research herein offers a feasibility study for a new type of bearing which excludes an external lubricating circuit. This bearing has a stationary porous bushing whose inner diameter faces the bearing clearance, while the outer one faces a wrap-around reservoir. The eccentric shaft generates pressure difference ensuring the fluid to circulate naturally between these two regions. This circulating mechanism is described and numerically simulated using the full 3D Navier-Stokes equations. In the second part of the dissertation the design and testing of the bearing prototype was described. The results of these experiments concluded that the new bearing was feasible and was functioning according to the theoretical predicted model.
Emanuele Giampaolo: Approximation à l’ordre 4 des champs de vitesse et de température dans le cadre de la théorie du « bulk-flow »
Présentation de la thèse et du contexte de travail. Les équations du « bulk-flow » sont un modèle mathématique pour décrire les écoulements en film mince caractérisés par des nombres de Reynolds réduits importants. Dans le contexte de la théorie du « bulk-flow », la variation de la vitesse dans l’épaisseur du film est généralement négligée et seule la valeur moyenne de la vitesse est prise en compte dans les équations. Une approche différente est proposée : l’approximation de la variation de la vitesse dans l’épaisseur du film avec un polynôme d’ordre 4 est testée sur le cas d’un blochet incliné isotherme fonctionnant à haut nombre de Reynolds réduit. L’analyse est puis répétée avec la prise en compte des effets thermique : une modélisation de l’équation de l’énergie de type « bulk-flow » avec une approximation du profil de température de l’ordre 4 est introduite et les différences avec le cas isotherme sont évaluées.
Morphogenèse de réseaux spatiaux : l’exemple des craquelures dans l’argile
Des structures de réseaux dans le plan 2D sont présentes tout autour de nous, des plans de rue des villes aux veines dans les feuilles d’arbres, en passant par certains coraux, réseaux de vascularisation de méduses, les deltas de fleuves ou encore dans Physarum polycephalum, le fameux « blob ». Ce séminaire portera sur un système type produisant de tels réseaux, les craquelures obtenues par dessiccation de l’argile, qui permet à la fois de contrôler différents paramètres induisant des changement de morphologies, et de suivre la croissance du réseau au cours du temps.
Je présenterai les différents résultats d’expériences menées pendant ma thèse, ainsi qu’un modèle permettant de comprendre la grande variabilité de motifs observés dans ce systèmes, illustrée dans les images ci-jointes. La présentation de ce modèle permettra de décrire la dynamique de séchage, l’évolution de champ de déformations/contraintes, ainsi que la croissance et les interactions entre les craquelures,afin de relier la forme complexe des structures globales de réseaux à des régimes simples de croissance locale de craquelures.
Les craquelures dans l’argile permettent d’appréhender en tant que modèle simple l’émergence de structures complexes de réseaux dans une grande variétés de systèmes sociaux, physiques ou biologiques.
Evolution of coherent structures in turbulent channel flows by stochastic modelling under location uncertainty
The prediction of the evolution of coherent structures in turbulent flows by models linearised over the mean flow leads to a closure problem. We propose to go back to the conservation laws, and to consider a version of the Navier-Stokes equations submitted to a stochastic transport, referred to as « under location uncertainty ». In this framework, the displacement of a particle is caused by a resolved time-differentiable velocity field perturbed by a Brownian motion mimicking the effect of turbulent fluctuations. With these hypotheses, conservation laws show additional terms such as a stochastic diffusion induced by the Brownian motion or an effective transport velocity from high to low turbulence regions.
We propose to linearise this set of stochastic equations over the mean flow of turbulent channels at friction Reynolds numbers 180, 550 and 1000, in order to predict coherent streaks/rolls structures in the buffer and logarithmic layer. We show that for such a flow, it is required to add a non-linear forcing term, as performed in resolvent analysis, to account for non-linear interactions between time-correlated structures, active in the regeneration cycle of roll/streaks structures. We show moreover the improvements of predictions in the logarithmic layer by employing the stochastic modelling.
Bio:
Gilles Tissot est chercheur à INRIA Rennes dans l’équipe Odyssey. Il a effectué sa thèse à l’institut Pprime avec Laurent Cordier et Bernd Noack. Il a effectuer un post-doc à l’ITA (Brésil) avec André Cavalieri, un post-doc à l’institut de mathématiques de Toulouse avec Jean-Pierre Raymond et un post doc au laboratoire d’acoustique de l’université du Mans avec Gwénaël Gaba
Les vibrations induites par les vortex pourraient-elles améliorer la capture de nourriture par les coraux mous ?
Les coraux mous, tels que le panache marin bipenné Antillogorgia bipinnata, sont des animaux qui forment des colonies et se nourrissent en attrapant les particules de nourriture apportées par les courants. Grâce à leur squelette flexible en forme d’arbre, ils se plient et se balancent d’avant en arrière avec la houle. En plus de ce balancement à basse fréquence de toute la colonie, les branches d’A. bipinnata vibrent à haute fréquence avec une faible amplitude. Nous montrons que les tourbillons lâchés dans le sillage de la colonie corallienne sont probablement responsables de ces vibrations. Pour évaluer l’impact de la dynamique sur l’alimentation par filtration, nous simulons des particules advectées par l’écoulement autour d’un cylindre circulaire et calculons le taux de capture avec un solveur d’interaction fluide-structure. Nous observons que les cylindres vibrants peuvent capturer jusqu’à 40% de particules en plus que les cylindres fixes. Les vibrations induites par les tourbillons (VIV) améliorent vraisemblablement la capture de nourriture par les coraux mous. De même, la dispersion/capture du pollen et la dispersion des graines sont probablement affectées par les VIV.
Frédérick P. Gosselin est un expert en mécanique des structures élancées. Il est professeur au département de génie mécanique de Polytechnique Montréal (en poste depuis 2012). Il a obtenu sa maîtrise en génie de l’Université McGill à Montréal en 2006. Il a ensuite obtenu un doctorat de l’École Polytechnique en France (2009) sous la direction d’Emmanuel de Langre pour ses travaux sur les mécanismes d’interactions fluide-structure entre écoulements et végétation. Il a été professeur agrégé invité au département de botanique de UBC à Vancouver, au Canada, en 2018-19. Il est éditeur associé au Journal of Fluids and Structures. Il étudie une variété de structures élancées allant des branches et feuilles d’arbres, de la soie d’araignée et des membranes cellulaires aux ailes d’avions et turbines hydrauliques. Il est titulaire d’une subvention à la découverte du CRSNG pour étudier la mécanique des structures biologiques élancées.
Pour en savoir plus :
Boudina, M., Gosselin, F.P., Étienne, S. « Vortex-induced vibrations: a soft coral feeding strategy? » Journal of Fluid Mechanics, 2021, 916, A50.
Dynamique hydro-morpho-sédimentaire des estuaires macrotidaux dans un contexte de changement global
Ce séminaire va porter sur l’évolution hydro-morpho-sédimentaire des estuaires tidaux dans le cadre du changement global. Des modèles numériques ont été déployés sur les estuaires de la Gironde et de la Seine afin d’étudier la réponse de ces systèmes face à différentes conditions hydrométéorologiques (ex. crues-étiages, tempêtes), ainsi que face à des perturbations anthropiques (ex. modifications morphologiques dues aux dragages et aux extensions portuaires). De plus, des simulations morphodynamiques pluri-décennales, réalisées pour différents scénarios de changement climatique ont permis d’étudier la capacité des systèmes estuariens à s’adapter à la montée du niveau de la mer.
Enfin, une démarche inter-estuaires sera présentée, afin d’aller au-delà de notre compréhension site-spécifique et ainsi proposer une conceptualisation globale de la dynamique sédimentaire estuarienne.
Characterization of a rotating detonation rocket engine front structure and heat losses
Rotating detonation engines (RDE) are currently being investigated to implement pressure-gain combustion thermodynamic cycles. Pressure-gain combustion-based cycle could provide significant improvements over conventional isobaric burners. For practical applications, the knowledge of the heat flux to the wall in such combustor is requirement for the design of any thermal management solution. The flow field in RDE combustors greatly differs from than of conventional combustors and as such yield vastly different heat fluxes distributions in the chamber. Very few experiments have attempted to record both the flow field and the heat flux on such engines. In this work, parametric experiments are conducted on a 100 mm diameter RDE. The engine is operated with mixtures of natural gas/oxygen at mass flow rates ranging 100 to 500 g/s and varying equivalence ratio using two different injector plate design. Calorimetry experiments provided an axial resolution of the heat flux on the outer wall and demonstrated steady state is reached within 2 s in most conditions. A heat sink version of the combustor is also operated with a side optical access. The recording of the channel-integrated chemiluminescence is processed using the velocity-compensated method to provide a time-resolved detonation flow field along the full combustor height. The flow fields obtained are then used to analyse the heat flux distributions obtained.
Water-Cooled Rotating Detonation Engine and other projects at Sophia University
During the presentation, you will also get to know other projects that are currently being carried out in the Aerospace and Combustion Laboratory at Sophia, like numerical computation of detonation, hypersonic shock tunnel, and drone design.
Approches globales d’instabilités aéroélastiques
Ce séminaire va illustrer les problèmes d’interaction fluide-structure dont a étudié la dynamique grâce à des analyses linéarisées. Deux approches linéarisées (transpiration et ALE) permettant de traiter la déformation du domaine fluide induite par celle de la structure. Sur un problème jouet, je montrerai les résultats obtenus par ces deux approches et les difficultés numériques rencontrées par l’approche de transpiration qui est la plus naturelle pour un mécanicien des fluides. Dans un second temps, je présenterai des résultats sur la dynamique d’une plaque élastique accrochée à l’arrière d’un cylindre immergé dans un écoulement laminaire à bas nombre de Reynolds. J’illustrerai ainsi l’intérêt et les limites d’une approche de stabilité globale pour comprendre l’apparition des différents régimes observés en faisant varier la rigidité de la plaque.
Pour finir la présentation, je m’intéresserai au problème du contrôle passif des ondes de Tollmien-Schlichting (TS) se développant dans des couches limites sur paroi rigide en introduisant un matériau visco-élastique de longueur finie. En particulier, j’introduirai le formalisme du résolvent aéroélastique permettant d’évaluer l’atténuation des ondes TS à basse-fréquence et d’anticiper l’apparition d’ondes de flottement (TWF) à plus haute fréquence, comme illustré sur la figure ci-jointe.
Séminaire FTC : Des anneaux tourbillonnaires qui font du yoyo – Julie Albagnac
Résumé:
Les anneaux tourbillonnaires (AT) sont des structures toroidales de vorticité qui se forment naturellement dans les sillages d’objets ou lors d’éjection de fluide (jet impulsif). Ces tourbillons dominent ainsi la dynamique de nombreux écoulements et sont observés dans des environnements variés. De part leur topologie, les AT ont la propriété de se propager dès lors qu’ils sont créés. Ils transportent alors le fluide qui les compose le long de leur trajectoire. Cela leur confère un pouvoir d’agitation et de mélange dans des zones éloignées de leur lieu de génération. A l’occasion de ce séminaire je présenterai des études que nous avons menées à l’IMFT sur des AT évoluant dans des milieux (i) stratifiés en densité et (ii) rhéofluidifiants viscoélastiques.
(i) De nombreux écoulements sont stratifiés en densité. Par exemple, l’océan et l’atmosphère sont stratifiés en salinité et/ou en température et donc en densité. Lorsqu’un AT pénètre une stratification, les isopycnes se déforment et de la vorticité secondaire barocline est générée. La vorticité primaire, transportée par l’AT, va alors se réorganiser avec la vorticité secondaire. Concernant la dynamique du milieu support, des ondes de gravité sont forcées par l’impact de l’AT et il résulte des interactions fortes entre les ondes générées et la structure tourbillonnaire propagative.
(ii) De nombreux écoulements mettent en jeu des fluides ayant une rhéologie non-newtonienne. On peut citer par exemple le manteau terrestre et la plupart des fluides utilisés dans l’industrie agroalimentaire. Nous nous sommes intéressés à la dynamique singulière d’un AT dans un fluide viscoélastique. En particulier, nous essayons de comprendre les mécanismes menant au « rebond » de la structure tourbillonnaire en milieu infini, i.e., sans présence de paroi solide.
