LA COMPREHENSION DES ECOULEMENTS INTERNES A INJECTION PARIETALE ENTRAVES PAR DES SEGMENTS CONSTITUE L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CE MEMOIRE. LES DOMAINES D'APPLICATIONS, BIEN QU'ILS PUISSENT ETRE MULTIPLES, INTERVIENNENT DANS LE CADRE DE LA PREVISION DES INSTABILITES DE FONCTIONNEMENT DES PROPULSEURS SEGMENTES A PROPERGOL SOLIDE. UNE APPROCHE EN GAZ FROID A PARTIR D'UNE MAQUETTE DE SIMULATION, REPRODUISANT DES CONDITIONS D'INSTABILITES AERODYNAMIQUES SIMILAIRES, PERMET D'APPREHENDER LES ASPECTS FONDAMENTAUX ENGENDRES SOIT PAR LE TRANSFERT DE MASSE A LA PAROI, SOIT PAR LA PRESENCE DE SEGMENT, SOIT PAR LEUR INTERACTION. L'ETUDE DE L'ECOULEMENT AVEC PRESENCE DE CAVITE DEBITANTE ET DE SEGMENT ENTRAVANT LE DEVELOPPEMENT DE L'ECOULEMENT A ETE ENTREPRISE. UNE COUCHE DE CISAILLEMENT TURBULENTE A ETE IDENTIFIEE ; LA DEGRADATION LONGITUDINALE DE LA MEMOIRE DE L'ECOULEMENT S'IDENTIFIE A CELLE D'UNE COUCHE LIMITE EN CONVECTION FORCEE. EN AVAL DU SEGMENT, UNE PHASE DE DEVELOPPEMENT DES STRUCTURES TURBULENTES A ETE IDENTIFIEE. LA PERSISTANCE DE LA MEMOIRE DE LA TURBULENCE INDIQUE UNE PHASE DE TRANSPORT ET DE CONVECTION DE CES STRUCTURES. LA PAROI DEBITANTE NE DETRUIT PAS LES STRUCTURES TURBULENTES MAIS AU CONTRAIRE, JOUE UN ROLE D'AUTO-ENTRETIEN DE LA STRUCTURE FINE DE L'ECOULEMENT. UNE MODELISATION NUMERIQUE DE LA COUCHE DE CISAILLEMENT A PERMIS DE QUANTIFIER LA PRODUCTION DE LA TURBULENCE ET SA DIFFUSION EN AVAL DU SEGMENT, ET, SOULIGNE QUE L'INJECTION PARIETALE EMPECHE ET REPOUSSE LA DIFFUSION DE LA TURBULENCE A PROXIMITE DE LA PAROI DEBITANTE. UN BON ACCORD EST OBSERVE ENTRE LES RESULTATS NUMERIQUES ET EXPERIMENTAUX

La prédiction des écoulements turbulents à bulles nécessite de connaître et de modéliser les conditions aux limites à la paroi, en particulier lorsque les bulles sont générées à la paroi. Dans cette optique, nous étudions par voie expérimentale l'injection de petites bulles d'air à la paroi inférieure d'un canal horizontal dans un écoulement d'eau turbulent isotherme, bidimensionnel et établi. La distribution des phases, les vitesses et diamètres de bulles sont caractérisés à l'aide d'une sonde à fibres optiques. Les composantes de la vitesse du liquide ainsi que le frottement turbulent sont mesures par anémométrie a film chaud. Le développement longitudinal de la couche de bulles, ainsi que les mécanismes de mise en vitesse des inclusions sont étudiés. Nous montrons la similitude des profils de taux de vide et le rôle joué par les interactions entre les bulles et avec la turbulence du liquide, sur les transferts de quantité de mouvement entre les phases. L'excès des fluctuations de vitesse de la phase liquide près de la paroi est analysé et attribué en grande partie au glissement des bulles. Nous montrons qu'aucune influence de la rugosité des bulles à la paroi n'est à prendre en compte. La loi logarithmique des vitesses est valable, mais l'universalité de la pente est remise en cause. Le frottement turbulent est calculé et comparé aux mesures. Parmi les mécanismes prépondérants qui contribuent à l'augmentation du frottement de paroi, nous mettons en évidence en plus du rôle de l'allégement du fluide par l'injection des bulles, l'influence du développement de l'écoulement moyen. Un complément d'analyse est réalisé sur des mesures de la littérature en écoulement bouillant ascendant de freon 113. La turbulence de la phase liquide se trouve fortement modifiée à la fois par la nucléation de bulles de vapeur à la paroi et par les forces de gravite qui provoquent un glissement important des bulles.

Une étude expérimentale sur l'écoulement turbulent décollé et recollé au passage d'une marche descendante est réalisée. Cette étude est destinée à produire des mesures de référence sur la structure turbulente de ce type de l'écoulement, en particulier dans les cas de la paroi rugueuse et de l'écoulement incident du type jet pariétal qui n'avaient pas encore été étudiés expérimentalement. Les expériences sont développées pour comprendre les effets des rugosités de la paroi (nikuradse) et de la turbulence extérieure dans la zone de recirculation et de recollement. Les expériences préliminaires sont réalisées en faisant des mesures qualitatives (visualisation laser) et quantitatives (fil chaud simple) dans une petite soufflerie a jet pariétal, et les expériences finales sont réalisées en faisant des mesures utilisant deux fils chauds parallèles dans une grande soufflerie a couche limite. Les mesures portent sur les vitesses moyennes longitudinales et les fluctuations de vitesses longitudinales. La définition géométrique des expériences correspond à la proposition de la conférence de Stanford (AFOSR, 1981). les mesures sont exploitées par trois méthodes: le lissage des gradients de vitesses moyennes près de paroi pour définir la longueur de recollement, les longueurs caractéristiques de la turbulence en coordonnées de Westphal pour analyser le comportement des grandes structures, la loi universelle logarithmique (couche limite) et l'affinité des profils de vitesses moyennes (jet pariétal) pour analyser la zone de recollement. L’analyse spectrale a été faite dans le cas de la couche limite sur paroi rugueuse. Les résultats de mesure dans la zone de recirculation sont validés par la visualisation. Les résultats de cette étude doivent contribuer a construire les modélisations et la simulation numérique de ce type d'écoulement

UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE L'ORGANISATION SPATIALE D'UN ECOULEMENT TURBULENT EN CANAL SOUMIS A DES OSCILLATIONS FORCEES DE VITESSE A ETE REALISEE. L'ORGANISATION SPATIALE ET LES ECHELLES DE LONGUEURS MOYENNES NE SONT PAS AFFECTEES PAR L'INSTATIONNARITE IMPOSEE. LA MODULATION DES CORRELATIONS SPATIALES MONTRE QUE LES MODIFICATIONS STRUCTURELLES DE L'ECOULEMENT ONT LIEU DANS LA DIRECTION TRANSVERSALE. LA MODULATION DE LA CORRELATION TRANSVERSALE SUBIT UNE FORTE RELAXATION ET CHANGE DE CARACTERE A HAUTES FREQUENCES. LES STRUCTURES EXTERNES REPONDENT UNIFORMEMENT AUX OSCILLATIONS ET LE RETARD DES INTENSITES TURBULENTES CORRESPONDANTES EST CONSTANT A TRAVERS LA COUCHE INTERNE, ET QUEL QUE SOIT LA FREQUENCE IMPOSEE. LES STRUCTURES INTERNES ACTIVES SONT RESPONSABLES DES MODIFICATIONS DES RETARDS LORSQUE LA FREQUENCE IMPOSEE EST SUFFISAMMENT GRANDE. LES STRUCTURES INTERNES (PROCHES DE LA FREQUENCE DES EJECTIONS) ONT UNE DIFFUSIVITE PROCHE DE LA DIFFUSIVITE TURBULENTE, ALORS QUE LES STRUCTURES INTERNES A FREQUENCES PLUS ELEVEES ONT UN RETARD CONSTANT ET UNE AMPLITUDE QUI DIMINUE LORSQUE L'ON S'ELOIGNE DE LA PAROI. CES RESULTATS SONT IMPORTANTS POUR LES MODELISATIONS DU TYPE DISTORSION RAPIDE OU MULTI-ECHELLES. LA MODULATION DE L'ECHELLE INTEGRALE LONGITUDINALE REPOND UNIFORMEMENT AVEC RETARD IMPORTANT. L'ECHELLE INTEGRALE TRANSVERSALE CORRESPONDANT AUX STRUCTURES EXTERNES A UN COMPORTEMENT SIMILAIRE. LES ECHELLES CORRESPONDANT AUX STRUCTURES INTERNES SONT TRES SENSIBLES AUX OSCILLATIONS. LES MODULATIONS DES ECHELLES DE TAYLOR TRANSVERSALES ET LONGITUDINALES MONTRENT QUE L'INSTATIONNARITE EST RESSENTIE AUX ECHELLES INTERMEDIAIRES ET QUE LA VITESSE DE CONVECTION DES STRUCTURES DANS LA COUCHE INTERNE EST LA VITESSE LOCALE. LES MODULATIONS DE L'ESPACEMENT DES STRIES LONGITUDINALES ET DE LA FREQUENCE DES EJECTIONS DANS LA COUCHE INTERNE ONT DES AMPLITUDES RELATIVES AUX COMPORTEMENTS SIMILAIRES. LA MODULATION DE POSSEDE UN RETARD CONSTANT PAR RAPPORT A LA MODULATION DE LA FREQUENCE DES EJECTIONS. CECI INDIQUE UNE RELATION DE CAUSALITE ENTRE LA STRUCTURE TRANSVERSALE DE LA TURBULENCE PARIETALE ET LES EVENEMENTS ENERGETIQUES

ETUDE THEORIQUE D'UN ECOULEMENT TURBULENT A PARTIR DU MODELE BRAY-MOSS-LIBBY. DEUX MODELES DE FERMETURE POUR LES TERMES DE TRANSPORT TURBULENTS