RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER STOKES AU MOYEN DE LA METHODE HERMITIENNE COMPACTE. L'EQUATION DE TRANSPORT DU TOURBILLON EST DISCRETISEE SELON LE SCHEMA IMPLICITE AUX DIRECTIONS ALTERNEES. ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA LONGUEUR DU TOURBILLON, DE L'ANGLE DE SEPARATION ET DU COEFFICIENT D'ENTRAINEMENT. CALCUL DES CHAMPS DES VITESSES AINSI QUE DE LA PRESSION ET DE LA CORTICITE PARIETALE

CE TRAVAIL MONTRE LA PRECISION ET LA CONVERGENCE DE LA METHODE DES VORTEX ALEATOIRES (RANDOM VORTEX METHOD) POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS DE FLUIDE RECIRCULES A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS. LES ECOULEMENTS ETUDIES SONT INSTATIONNAIRES, BIDIMENSIONNELS ET DANS LE REGIME TURBULENT. LA PREMIERE GEOMETRIE EST UN CANAL A PAROIS PARALLELES INCORPORANT UNE EXPANSION BRUSQUE SOUS LA FORME D'UNE MARCHE SIMPLE; TANDIS QUE LA DEUXIEME GEOMETRIE EST UN CANAL A PAROIS PARALLELES INCORPORANT UNE EXPANSION BRUSQUE SOUS LA FORME D'UNE MARCHE DOUBLE SYMETRIQUE. LA METHODE DES VORTEX ALEATOIRES, UNE METHODE LAGRANGIENNE ET SANS GRILLE, RESOUT LES EQUATIONS COMPLETES DE NAVIER-STOKES ET L'EQUATION DE CONTINUITE, AVEC LES CONDITIONS AUX LIMITES APPROPRIEES, EN UTILISANT UNE FORMULATION DANS LES VARIABLES DE VORTICITE. AFIN DE VALIDER LE MODELE NUMERIQUE, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS NUMERIQUES SOUS FORME DE CHAMPS DE VORTICITE, PROFILS DE VITESSES, LQIGNES DE COURANT, CHAMPS ET PROFILS DE PRESSION, STATISTIQUES DE TURBULENCE, ANALYSES DE CORRELATION ET ANALYSES FREQUENTIELLES. LES RESULTATS NUMERIQUES SONT COMPARES A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PUBLIES DANS LA LITTERATURE

On s'interesse dans cette etude a l'analyse numerique des ecoulements instationnaires bidimentionnels de fluides visqueux incompressibles autour d'un obstacle pour les grands nombres de reynolds. On est amene a resoudre numeriquement les equations de navier-stokes incompressibles en formulation vorticite-fonction de courant. Il faut donc determiner une methode numerique qui soit robuste, rapide et parallele. L'etape de convection est resolue par la methode des caracteristiques. On aboutit ensuite a un probleme de stokes generalise (probleme elliptique d'ordre 4) par pas de temps. La determination de la vorticite a la paroi de l'obstacle par une formule asymptotique issue de la methode integrale permet de transformer le probleme de stokes generalise en 4 problemes elliptiques d'ordre 2. Ces operateurs elliptiques sont ensuite discretises par la methode des elements avec joints : c'est une methode de decomposition de domaines sans recouvrement. Et a l'interieur de chaque sous-domaine, la methode des elements finis q1 est appliquee. Le systeme lineaire ainsi obtenu est resolu par la methode du complement de schur. On obtient alors un probleme pose aux interfaces dont la resolution est faite par la methode du gradient conjugue preconditionne, et un probleme interne aux sous-domaines qui est resolu par cholesky. On a ensuite confronte nos resultats avec d'autres resultats numeriques et experimentaux pour des ecoulements autour d'un cylindre et d'un profil a des nombres de reynolds superieurs a 1000. Les mesures de temps sont aussi donnees afin d'estimer les performances de notre solveur parallele.

L'écoulement turbulent autour d'un cylindre circulaire à grand nombre de Reynolds est analysé expérimentalement en utilisant les techniques PIV, PIV Stéréoscopique et PIV haute cadence. Les nombres de Reynolds étudiés correspondent à l'entrée de l'écoulement dans le régime critique, marqué par la chute brutale de traînée. Le cylindre est placé en milieu confiné afin de permettre des comparaisons avec des simulations numériques effectuées sur un domaine réaliste. Une base de données permettant la validation et l'amélioration des modèles de turbulence pour les approches statistiques avancées est ainsi fournie. Une attention particulière est portée à la décomposition du mouvement en une composante organisée et une composante aléatoire. Pour ceci, la décomposition en moyenne de phase, puis la décomposition en modes propres orthogonaux (POD), sont appliquées et comparées. Les contributions de chacune des composantes du mouvement au tenseur des contraintes turbulentes sont ensuite analysées.

Ce texte constitue une large introduction aux principes de la dynamique des fluides. Les phénomènes physiques résultant des écoulements stationnaires et instationnaires d'un fluide idéal ou visqueux, incompressible ou compressible sont abordés. En particulier, un exposé étendu est consacré au problème d'écoulement autour d'un corps solide en fonction des nombres de Reynolds et de Mach. La formulation mathématique de ce problème, à un nombre de Reynolds élevé, aboutit à une description des couches limites et des écoulements potentiels. Une introduction est également donnée sur les phénomènes non linéaires de propagation des ondes dans un fluide compressible. Cette nouvelle édition inclut un CD-Rom contenant l'ouvrage numérisé dans le cadre de Medit (Multimedia Environment for Distributed Interactive Teaching) ; texte complet, fiches de résumé, exercices complémentaires, animation de certaines figures.