DEUX DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX METTANT EN JEU UNE INTERACTION TURBULENCE/ONDE DE CHOC SONT ENVISAGES DANS CETTE ETUDE. DANS LA PREMIERE CONFIGURATION, LA TURBULENCE EST ENGENDREE PAR UNE GRILLE AMORCEE, DANS LA SECONDE, LA TURBULENCE CONSIDEREE EST CELLE D'UN JET SUPERSONIQUE COAXIAL. DANS LES DEUX CAS, L'INTERACTION A LIEU AVEC UN CHOC DROIT OBTENU PAR CONTRE-PRESSION. LES MESURES DES VITESSES MOYENNES ET TURBULENTES SONT EFFECTUEES A L'AIDE D'UN VELOCIMETRE LASER. LES SONDAGES SONT LIMITES A LA ZONE CENTRALE DE LA VEINE D'ESSAI POUR S'AFFRANCHIR DES EFFETS DE PAROI, CARACTERISTIQUES DES INTERACTIONS DU TYPE CHOC/COUCHE LIMITE. LA PRECISION DES MESURES PAR VELOCIMETRIE LASER AU VOISINAGE DU CHOC EST DISCUTEE SUR LA BASE D'UN CALCUL SIMPLIFIE DU MOUVEMENT DES PARTICULES A TRAVERS LE CHOC. NOUS EXAMINONS NOTAMMENT L'IMPACT DU COUPLAGE TRAINAGE-POLYDISPERSION ET TRAINAGE-INTERMITTENCE DU CHOC SUR LES MESURES DES QUANTITES FLUCTUANTES. LE CAS PARTICULIER DES MESURES DANS LA COUCHE DE MELANGE DU JET FAIT L'OBJET D'UNE ETUDE DETAILLEE. NOUS PROPOSONS UNE INTERPRETATION DES ECARTS EXISTANTS ENTRE LES DIFFERENTS MODES D'ENSEMENCEMENT. LES RESULTATS DES SONDAGES MONTRENT QUE LA TURBULENCE SE COMPORTE DE FACON TRES DIFFERENTE DANS LES DEUX INTERACTIONS. LE NIVEAU MOYEN DE LA TURBULENCE DE GRILLE N'EST PAS MODIFIE A LA TRAVERSEE DU CHOC, LE SEUL CHANGEMENT DISCERNABLE ETANT L'ACCELERATION DE SON DECLIN A L'AVAL DU CHOC; L'INTERACTION AVEC LA COUCHE DE MELANGE DU JET PRODUIT DES AMPLIFICATIONS SIGNIFICATIVES. CEPENDANT, LA DESADAPTATION DU JET A L'AVAL DU CHOC, QUI ENGENDRE UNE STRUCTURE COMPARABLE A CELLE D'UN JET SOUS-DETENDU, REND L'INTERPRETATION DE CETTE EXPERIENCE PLUS DELICATE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT CONFRONTES AUX PREDICTIONS DE DIVERSES THEORIES DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE

Ce travail met en lumière l'ensemble des mécanismes physiques fondamentaux caractéristiques du phénomène d'interaction entre une turbulence homogène isotrope libre et une onde de choc droite. Un outil numérique permettant la simulation directe de cette configuration d'écoulement est d'abord développé. Différents calculs sont ensuite conduits, donnant lieu à une compréhension précise et détaillée des évolutions observées pour les principales grandeurs statistiques de l'écoulement turbulent au cours de l'interaction avec le choc. L'influence de la nature de la turbulence incidente sur son comportement à travers la discontinuité est également mise en évidence. Nous utilisons pour cela la décomposition modale de Kovasznay qui permet de dégager les effets de la compressibilité sur le processus d'interaction. Une approche théorique est par ailleurs réalisée en s'appuyant sur une analyse linéaire non visqueuse du phénomène. Des comparaisons avec les résultats de simulation numérique directe sont effectuées et d'avèrent très convaincantes sur le plan qualitatif. La majorité des mécanismes fondamentaux inhérents au phénomène d'interaction choc / turbulence sont mis en évidence avec cette approche théorique qui se révèle ainsi très performante pour la configuration étudiée. Au bilan, on dispose d'une base de données susceptible d'être confrontée aux modèles classiques de turbulence compressible. Ce travail constitue également un point de départ indispensable à l'étude de configurations plus complexes telles que l'interaction choc / couche limite turbulente.

Compressibility, Turbulence and High Speed Flow introduces the reader to the field of compressible turbulence and compressible turbulent flows across a broad speed range, through a unique complimentary treatment of both the theoretical foundations and the measurement and analysis tools currently used. The book provides the reader with the necessary background and current trends in the theoretical and experimental aspects of compressible turbulent flows and compressible turbulence. Detailed derivations of the pertinent equations describing the motion of such turbulent flows is provided and an extensive discussion of the various approaches used in predicting both free shear and wall bounded flows is presented. Experimental measurement techniques common to the compressible flow regime are introduced with particular emphasis on the unique challenges presented by high speed flows. Both experimental and numerical simulation work is supplied throughout to provide the reader with an overall perspective of current trends. - An introduction to current techniques in compressible turbulent flow analysis - An approach that enables engineers to identify and solve complex compressible flow challenges - Prediction methodologies, including the Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS) method, scale filtered methods and direct numerical simulation (DNS) - Current strategies focusing on compressible flow control

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Cette étude a été l'occasion d'étudier les effets liés à la présence d'un cisaillement particulier de l'écoulement moyen sur le phénomène d'interaction choc/turbulence. Dans un premier temps, un outil de calcul performant et modulaire fondé sur une approche orientée objet a été développé afin de réaliser des simulations numériques directes de ce type d'écoulement. L'utilisation de schémas numériques à capture de choc et d'ordre élevé de type WENO ont permis une résolution fidèle des équations de Navier-Stokes compressibles. Dans un deuxième temps, une analyse poussée des effets de ce type de cisaillement sur la turbulence en l'absence de choc a été réalisée. Cette première étude a été l'occasion de dégager l'influence de plusieurs paramètres influents pour cette configuration d'écoulement. Enfin, dans un dernier temps, l'étude du phénomène d'interaction choc/turbulence cisaillée en présence de gradients moyens de température et de masse volumique a permis de souligner l'activation de phénomènes physiques caractéristiques à cette configuration. Ce travail permet également d'apporter une base de données de résultats susceptible d'être confrontée avec les modèles de turbulence et constitue un point de vue intéressant pour l'étude du phénomène d'interaction choc/couche limite.