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RÉSUMÉ
Des tourbillons longitudinaux de faible énergie peuvent être générés en amont d’une couche limite laminaire à l’aide de petits éléments de rugosité. Ces tourbillons induisent, à l’intérieur de la couche limite, des régions alternées de haute et de basse vitesse qui peuvent stabiliser la couche limite et y retarder la transition à la turbulence. S’il est confirmé dans des situations d’intérêt pratique, cet effet pourrait permettre d’importantes réductions de traînée visqueuse et donc de consommations.
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INTRODUCTION
Des tourbillons longitudinaux de faible énergie peuvent être générés en amont d’une couche limite laminaire à l’aide de petits éléments de rugosité. Ces tourbillons induisent, à l’intérieur de la couche limite, des régions alternées de haute et de basse vitesse qui peuvent stabiliser la couche limite et y retarder la transition à la turbulence. S’il est confirmé dans des situations d’intérêt pratique, cet effet pourrait permettre d’importantes réductions de traînée visqueuse et donc de consommations.
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6. Discussion
Les résultats de nos études prouvent le concept que nous proposions : on peut stabiliser une couche limite aux ondes des Tollmien-Schlichting en y forçant artificiellement des streaks de forme et surtout d’amplitude bien contrôlées. Cette stabilisation des ondes TS est à même de retarder la transition « classique » à la turbulence dans la couche limite. Un protocole de contrôle basé sur ce type d’approche est séduisant pour essentiellement deux raisons :
-
(a) le contrôle est passif, donc il ne consomme pas d’énergie (c’est l’effet de lift-up qui amplifie l’énergie des actionneurs) ;
-
(b) les actionneurs manipulent l’écoulement par l’amont et il n’est donc pas nécessaire d’en placer dans toute la région instable.
Avant d’envisager d’utiliser dans des applications industrielles ce type d’approche, il faudra néanmoins répondre à plusieurs questions : peut-on générer des streaks d’amplitude supérieure à celles étudiées sans déclencher d’instabilités d’actionneur ? Est-on capable de transposer à des cas à haute vitesse ces résultats obtenus avec des vitesses inférieures à 10 m/s ? Des nombreuses autres études seront nécessaires pour répondre à ces questions. D’un point de vue plus « théorique », il est intéressant de souligner la portée générale du protocole de contrôle que nous avons utilisé : on peut « vacciner » un écoulement à un type de perturbations instables et « dangereuses » par l’inoculation en petites doses d’un autre type de perturbations instables transitoirement. Toutes les situations dans lesquelles existent des possibilités de croissance transitoire des perturbations, et où on est capable d’en contrôler de façon précise l’amplitude initiale, sont candidates à ce type de contrôle.
Remerciements
Tous les résultats théoriques et numériques décrits dans ce dossier ont été obtenus en collaboration avec Luca Brandt de l’Institut Royal de Technologie de Stockholm (KTH).
Les résultats expérimentaux ont été obtenus en collaboration avec Jens Fransson (KTH) et Alessandro Talamelli (KTH et Université de Bologne) dans la soufflerie MTL du KTH.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Une introduction élémentaire à la théorie de la stabilité hydrodynamique est donnée par l’ouvrage An introduction to hydrodynamic stability par P.G. Drazin (en anglais, Cambridge University Press, 2001).
-
(2) - * - Une monographie plus spécialisée est celle de P.J. Schmid et D.S. Henningson Stability and transition in shear flows (en anglais, Springer, 2001).
-
(3) - ANDERSSON (P.), BRANDT (L.), BOTTARO (A.), HENNINGSON (D.) - On the breakdown of boundary layers streaks - . J. Fluid Mech., 428, p. 29-60 (2001).
-
(4) - ARNAL (D.), JUILLEN (J.C.) - Contribution expérimentale à l’étude de la réceptivité d’une couche limite laminaire à la turbulence de l’écoulement général - . Rapport Technique 1/5018, Onera (1978).
-
(5) - BECHERT (D.W.), BRUSE (M.), HAGE (W.), VAN DER HOEVEN (J.G.T.), HOPPE (G.) - Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry - . J. Fluid Mech., 338, p. 59-87 (1997).
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