ETUDE DE DIFFERENTS SCHEMAS TEMPORELS ADAPTES A L'EQUATION DE BURGERS PUIS AUX EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. ON UTILISE UNE METHODE SPECTRALE POUR LA DISCRETISATION EN ESPACE. APPLICATION A UNE GEOMETRIE CARREE PUIS CUBIQUE. SIMULATION DE FLUIDES SOUMIS A UN GRADIENT CONSTANT DU CHAMP DE VITESSE MOYEN ; APPLICATION AU CISAILLEMENT. SIMULATIONS AVEC UN CHAMP INITIAL DE VITESSE QUI EST LA SUPERPOSITION D'UN PROFIL MOYEN ET D'UNE PERTURBATION TURBULENTE (ECOULEMENT TYPE "JET")

Les écoulements turbulents de gaz denses, qui sont d'un grand intérêt pour un large éventail d'applications, sont le siège de phénomènes physiques encore peu connus et difficiles à étudier par des approches expérimentale. Dans ce travail, nous étudions pour la première fois l'influence des effets de gaz denses sur la structure de la turbulence compressible à l'aide de simulations numériques. Le fluide considéré est le PP11, un fluorocarbure lourd, dont le comportement thermodynamique a été représenté à l'aide de différentes lois d'état, afin de quantifier la sensibilité des solutions aux choix de modélisation. Nous avons considéré d'abord la décroissance d'une turbulence homogène isotrope compressible. Les fluctuations de température sont négligeables, alors que celles de la vitesse du son sont importantes à cause de leur forte dépendance de la densité. Le comportement particulier de la vitesse du son modifie de manière significative la structure de la turbulence, conduisant à la formation de shocklets de détente. L'analyse de la contribution des différentes structures à la dissipation d'énergie et à la génération d'enstrophie montre que, pour un gaz dense, les régions de forte dilatation jouent un rôle similaire à celles de forte compression, contrairement aux gaz parfaits, dans lesquels le comportement est fortement dissymétrique. Ensuite, nous avons mené des simulations numériques pour une configuration de canal plan en régime supersonique, pour plusieurs valeurs des nombres de Mach et de Reynolds. Les résultats confirment la validité de l'hypothèse de Morkovin. L'introduction d'une loi d'échelle semi-locale prenant en compte le variations de densité et viscosité, permet de comparer les profils des grandeurs turbulentes (contraintes de Reynolds, anisotropie, budgets d'énergie) avec ces observés en gaz parfait. Les variables thermodynamiques, quant à elles, présentent une évolution très différente pour un gaz parfait et pour un gaz dense, la chaleur spécifique élevée de ce dernier conduisant à un découplage des effets dynamiques et thermiques et à un comportement proche de celui d'un fluide incompressible avec des propriétés variables.

L'ETUDE PRESENTEE PORTE SUR L'EVOLUTION DES ECOULEMENTS TURBULENTS HOMOGENES A FAIBLE NOMBRE DE MACH SUBISSANT UNE COMPRESSION. L'OBJECTIF EST, D'UNE PART, DE FOURNIR DES DONNEES EXPERIMENTALES NOUVELLES ET, D'AUTRE PART, DE PROPOSER UNE MODELISATION DES PHENOMENES OBSERVES. CETTE ETUDE S'APPLIQUE EN PARTICULIER AUX ECOULEMENTS INTERNES DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTION DES MOTEURS A PISTON. LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL UTILISE PERMET DE CREER UNE TURBULENCE EN DEPLACANT UNE GRILLE DANS UN CYLINDRE ET DE COMPRIMER CELLE-CI PAR DEPLACEMENT D'UN PISTON. LES MESURES SONT REALISEES PAR ANEMOMETRIE LASER A EFFET DOPPLER. LA VITESSE MOYENNE ET LA VARIANCE DES FLUCTUATIONS SONT DEDUITES DE MOYENNES D'ENSEMBLE PORTANT SUR 500 REALISATIONS POUR CHAQUE POINT DE MESURE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT, QU'AU CENTRE DE LA CHAMBRE ET EN L'ABSENCE DE COMPRESSION, LA TURBULENCE EST QUASIMENT HOMOGENE ET DECLINE SUIVANT UNE LOI DE PUISSANCE DU TEMPS. ILS PERMETTENT DE VERIFIER, QU'EN L'ABSENCE DE TURBULENCE INITIALE, LA COMPRESSION CREE UN ECOULEMENT QUASIMENT LAMINAIRE ET UNIFORME. LORSQUE LA TURBULENCE EST COMPRESSEE, LES MESURES SONT ANALYSEES DANS UN REPERE SUIVANT LE MOUVEMENT MOYEN. LES RESULTATS MONTRENT QUE L'HOMOGENEITE DE LA TURBULENCE EST RELATIVEMENT BIEN CONSERVEE ET QUE LA COMPRESSION AMPLIFIE L'ENERGIE CINETIQUE MASSIQUE DE LA TURBULENCE AINSI QUE SON TAUX D'ANISOTROPIE. UN MODELE POUR LA TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE SUBISSANT UNE COMPRESSION ISOTROPE EST PROPOSE. CE MODELE FAIT L'HYPOTHESE, VALABLE A PETIT NOMBRE DE MACH, QUE LE CHAMP DE VITESSE FLUCTUANTE RESTE A DIVERGENCE NULLE. IL REND COMPTE DE DEUX EFFETS ESSENTIELS: L'EFFET DE REDUCTION DE VOLUME QUI PEUT ETRE CALCULE EXACTEMENT EN UTILISANT UNE TRANSFORMATION SUR LES VARIABLES DE TEMPS ET D'ESPACE ET L'EFFET DES VARIATIONS DE VISCOSITE CINEMATIQUE. CE SECOND EFFET, QUI EST IMPORTANT LORSQUE LA COMPRESSION EST RAPIDE RELATIVEMENT AU DECLIN DE LA TURBULENCE INITIALE, PROVOQUE L'APPARITION D'UN ECART ENTRE LE FLUX D'ENERGIE DES GRANDES VERS LES PETITES ECHELLES TURBULENTES ET LE TAUX DE DISSIPATION. CE PHENOMENE EST DECRIT PAR UNE EQUATION D'EVOLUTION POUR CES DEUX QUANTITES. LE MODELE OBTENU QUI COMPREND TROIS EQUATIONS PERMET DE REPRODUIRE DES RESULTATS OBTENUS PAR SIMULATION NUMERIQUE DIRECTE. DANS LE CAS OU LA COMPRESSION EST AXIALE, CES IDEES SONT REPRISES POUR CORRIGER DES MODELES USUELS DE CALCUL DU TENSEUR DE REYNOLDS. ON MONTRE EN PARTICULIER QUE LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS DES VARIATIONS DE VISCOSITE AMELIORE LES PREDICTIONS DE L'ENERGIE CINETIQUE D'ENVIRON 10% POUR LES CAS EXPERIMENTAUX PRESENTES

Numerical Simulation - from Theory to Industry is the edited book containing 25 chapters and divided into four parts. Part 1 is devoted to the background and novel advances of numerical simulation; second part contains simulation applications in the macro- and micro-electrodynamics. Part 3 includes contributions related to fluid dynamics in the natural environment and scientific applications; the last, fourth part is dedicated to simulation in the industrial areas, such as power engineering, metallurgy and building. Recent numerical techniques, as well as software the most accurate and advanced in treating the physical phenomena, are applied in order to explain the investigated processes in terms of numbers. Since the numerical simulation plays a key role in both theoretical and industrial research, this book related to simulation of many physical processes, will be useful for the pure research scientists, applied mathematicians, industrial engineers, and post-graduate students.

Low Reynolds number homogeneous turbulence undergoing low Mach number isotropic and one-dimensional compression has been simulated by numerically solving the Navier-Stokes equations. The numerical simulations were carried out on a.