LA METHODE DES VORTEX ALEATOIRES EST APPLIQUE A LA SIMULATION DE L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE A LA TRAVERSEE D'UN DIAPHRAGME. LA GEOMETRIE AXISYMETRIQUE ETUDIEE NECESSITE L'EXTENSION DES CONCEPTS, PLANS AUX ELEMENTS TOURBILLONNAIRES DU TYPE RUBAN ET D'ANNEAUX. GRACE A UNE REDUCTION IMPORTANTE DU TEMPS DE CALCUL, DES COMPARAISONS AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX A PARTIR D'UN FICHIER DE 1000 PAS DE TEMPS ONT ETE REALISEES. ELLES PORTENT SUR LA DESCRIPTION PHYSIQUE DE L'ECOULEMENT (VISUALISATION QUALITATIVE DES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES), SUR LES CHAMPS DE VITESSE ET DE PRESSION AINSI QUE SUR LES CORRELATIONS ET ANALYSES SPECTRALES. CES COMPARAISONS QUANTITATIVES SONT TRES SATISFAISANTES, GRACE A L'INCORPORATION DANS LE MODELE D'UN MECANISME DE REDUCTION TEMPORELLE DE LA CIRCULATION DES ANNEAUX TOURBILLONNAIRES.

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

CE TRAVAIL EST CONSACRE A LA SIMULATION PAR LA METHODE DES VORTEX ALEATOIRES DES ECOULEMENTS TURBULENTS ET A BULLES DANS UN CANAL ET DANS UN TE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS ETUDIE L'ECOULEMENT MONOPHASIQUE. POUR L'ECOULEMENT ENTRE DEUX PLAQUES, NOUS AVONS CALCULE LES GRANDEURS MOYENNES (VITESSE, PRESSION), LES GRANDEURS STATISTIQUES CONCERNANT LES FLUCTUATIONS DE VITESSE ET DE PRESSION, CORRELATIONS DOUBLE, TRIPLE, SPATIO-TEMPORELLES DE FLUCTUATIONS DE VITESSE LONGITUDINALE, ET LA DIFFUSION PAR LA PRESSION, ET NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES STRUCTURES COHERENTES. POUR L'ECOULEMENT DANS UN TE, NOUS AVONS DETERMINE LA VITESSE ET LA PRESSION MOYENNE, LES FLUCTUATIONS DE VITESSES PROCHE DE LA JONCTION, LES LIGNES DE COURANT POUR METTRE EN EVIDENCE LES ZONES DE RECIRCULATION. DANS L'ECOULEMENT A BULLES NOUS AVONS DETERMINE LES TRAJECTOIRES DE BULLES ET LES PROFILS DE TAUX DE VIDE DANS UN CANAL SIMPLE EN ECOULEMENT ASCENDANT ET DESCENDANT. DANS LE TE, LES TRAJECTOIRES INSTANTANEES DE BULLES ET LE TAUX DE SEPARATION ONT ETE DETERMINES. NOUS AVONS RETROUVE QUE LES DEUX PHASES NE SE DISTRIBUENT PAS EQUITABLEMENT ENTRE LES DEUX BRANCHES DE SORTIE DU TE

Les écoulements instationnaires laminaires et turbulents autour de surfaces portantes sont étudiés pour un fluide incompressible. Après une étude détaillée de l'instabilité de von Karman générée par l'écoulement à 20ʿ autour d'un profil NACA12, la mise en place de l'instabilité secondaire et les étapes successives vers la transition 3D sont examinées. Cette étude se focalise sur l'identification des mécanismes de transition 3D ainsi que sur la structure de la mise en place de la turbulence. L'étude des résultats de la DNS par décomposition en moyenne de phase permet l'identification des mécanismes physiques relatifs à la naissance de la turbulence et leurs interactions avec les structures cohérentes 3D dans la région de proche paroi. L'accès au tenseur de Reynolds ainsi qu'aux différents gradients de vitesses permet de tester différentes lois constitutives des modèles de turbulence et de les améliorer pour des écoulements instationnaires fortement décollés. Puis les écoulements turbulents instationnaires à grand nombre de Reynolds autour de surfaces portantes à forte incidence sont étudiés. La méthode de macrosimulation " Organised Eddy Simulation ", basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes en moyenne de phase est utilisée. La modélisation de la turbulence aléatoire est effectuée en adaptant et en améliorant les modèles à deux équations pour bien prédire l'instationnarité du décollement et des structures cohérentes en aval du profil d'aile. L'amélioration des échelles du coefficient de diffusivité dans le contexte de la modélisation au premier ordre a été faite grâce à la modélisation au second ordre. Une bonne prédiction du développement des structures organisées a été obtenue, ainsi que de l'amplification des instabilités et des fréquences des oscillations apparaissant sous l'effet de la viscosité, phénomènes importants tant sur le plan fondamental que dans le domaine des applications en Aérodynamique Instationnaire (interaction fluide-structure).

L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE A ETE ETUDIE POUR UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE. LA CONFIGURATION DU PROFIL D'AILE A ETE PLACEE DANS UN ECOULEMENT UNIFORME STATIONNAIRE OU OSCILLANT EN TAMIS. LA MISE EN UVRE D'UN LOGICIEL DE CALCUL EST EFFECTUEE EN MAILLAGE CURVILIGNE DE TYPE H, PRECIS AU SECOND ORDRE TEMPOREL ET SPATIAL, PERMETTANT LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPLETES POUR UN SILLAGE DE GEOMETRIE COMPLEXE, AFIN DE PREDETERMINER LA NAISSANCE D'INSTABILITES, DU DECOLLEMENT INSTATIONNAIRE ET DES STRUCTURES ORGANISEES DU SILLAGE A DES NOMBRES DE REYNOLDS MODERES. DANS CE CONTEXTE, UNE ANALYSE PHYSIQUE DES PROPRIETES DE L'ECOULEMENT A LA SORTIE DU DOMAINE A PERMIS DE DEVELOPPER DES CONDITIONS LIMITES NON-REFLECTIVES, EN ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE, DANS LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. CE TYPE DE CONDITIONS LIMITES A PERMIS D'UTILISER UNE DISTANCE RAISONNABLE A L'AVAL ET D'EFFECTUER DES ECONOMIES NOTABLES SUR LE TEMPS DE CALCUL. AINSI IL MINIMISE LES EFFETS DE RETROACTION ET DE CONFINEMENT ARTIFICIEL. LE DEVELOPPEMENT DU MODELE DE TURBULENCE INSTATIONNAIRE A DEUX EQUATIONS EST EFFECTUE SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE PHASE POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES. CETTE METHODOLOGIE PERMET DE CALCULER LES EFFETS FORTEMENT INSTATIONNAIRES (ECOULEMENT TURBULENT EN TAMIS) POUR UNE GEOMETRIE COMPLEXE. UN TRAITEMENT DE MODELE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS EST INCLUS. UNE MODELISATION POUR LE TERME DE PRODUCTION D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, EN FONCTION DU ROTATIONNEL LOCAL, EST PROPOSEE D'APRES DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES, AFIN DE SURMONTER LE PROBLEME DE LA SURPRODUCTION D'ENERGIE TURBULENTE DANS LA REGION AU VOISINAGE DU POINT D'ARRET. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS MONTRENT L'EFFICACITE DE CETTE APPROCHE POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, DECOLLES EN SITUATION NATURELLE ET FORCEE