Perturbations optimales dans les écoulements de paroi turbulents et application au contrôle de décollement
Grégory Pujals
IFP, Institut Français du Pétrole, et PSA Peugeot Citroen, France
July 12th, 2010
L’un des enjeux de l’aérodynamique automobile consiste à limiter les pertes dues à la traînée et ainsi réduire la consommation et les émissions de polluants. Pour y arriver sans pénaliser la silhouette des véhicules, les constructeurs se tournent vers des stratégies de contrôle d’écoulement. De récents travaux conduits dans le cadre d’écoulements laminaires ont démontré l’intérêt que peuvent revêtir pour cela l’effet “lift-up” et les “streaks”. Cette thèse a pour vocation de déterminer s’il est possible de manipuler efficacement une couche limite turbulente à l’aide de streaks. Pour répondre à cette question, les perturbations optimales linéaires de l’écoulement de Poiseuille plan turbulent sont calculées. Le formalisme de cette étude est ensuite étendu au cas de la couche limite turbulente sur plaque plane. On trouve que deux gammes de longueurs d’onde transverses sont privilégiées et conduisent à une amplification énergétique via l’effet lift-up. Il apparaît que les structures les plus fortement amplifiées sont des streaks cohérents à très grande échelle. Une première étude expérimentale a permis de montrer que de telles structures peuvent être forcées artificiellement dans une couche limite turbulente. Celles-ci sont amplifiées par effet lift-up et contribuent à modifier la topologie de l’écoulement à l’ordre dominant. Enfin, une seconde étude expérimentale menée sur le corps d’Ahmed, confirme le bien-fondé de cette approche: le décollement observé sur la lunette arrière en l’absence de contrôle est supprimé lorsque les streaks sont forcés sur le pavillon.