Développement d'une méthode instationnaire de calcul pour des lignes portantes courbes et en flèche

Après avoir rappelé les principaux travaux concernant la ligne portante et le traitement numérique des intégrales en partie finie au sens d'Hadamard, nous exposons une formulation implicite de ligne portante stationnaire pour des ailes courbes et en flèche. Nos résultats ont été comparés avec la théorie de Prandtl puis validés par une méthode de surface portante. L'accord obtenu en terme de circulation, même pour des ailes fortement courbées, est probant. Nous proposons une méthode de marche en temps pour la ligne portante instationnaire courbe et en flèche. Sur la base des travaux de Sellier (1991), nous utilisons une décomposition du sillage instationnaire, mêlant doublets surfaciques constants et variant linéairement. Appliquée explicitement pour une mise en incidence impulsive, cette méthode donne des résultats, notamment pour des ailes de forte courbure, qui montrent d'une part une consistance temporelle et d'autre part un accord satisfaisant avec une méthode VLM instationnaire.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Etude du sillage de rotors d'hélicoptère en configuration de Vortex Ring

Les études sur le Vortex Ring State ont récemment reçu un regain d'intérêt suite à la mise en place de trajectoires d'approche à forte pente pour les atterrissages en ville qui conduisent à des conditions de vol proches des frontières du VRS. Dans les années antérieures, les aspects numériques ont été étudiés grâce à des méthodes empiriques ou des modèles analytiques, et des expériences ont été effectuées dans le but de mieux comprendre la physique du phénomène. Dans cette étude, le code CFD elsA a été utilisé dans le but de résoudre les équations d'Euler. Un balayage en vitesse de descente verticale avec différents maillages a été réalisé afin d'étudier la capacité du solveur à capturer le Vortex Ring State. Dans un premier temps, la précision de la représentation de l'écoulement a été évalué en fonction d'hypothèses numériques (stratégies et précision des maillages, consistance en temps des simulations, ...) et physiques (périodicité de l'écoulement, cinématique du rotor, ...). Ceci permet d'extraire les options pour effectuer, dans un second temps, des simulations les plus représentatives possible de l'état de VRS afin d'étudier et de pouvoir décrire les mécanismes d'apparition et d'évolution de ce phénomène.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Etude théorique, expérimentale et numérique de l'écoulement de refroidissement et de ses effets sur l'aérodynamique automobile

L écoulement de refroidissement, qui pénètre par les entrées d air sous le capot des véhicules automobiles,est étudié à partir de trois approches complémentaires : les approches théorique, expérimentale et numérique. Ces trois approches s appuient sur une maquette simplifiée à culot droit basée sur le corps de Ahmed et équipée d un compartiment moteur. Les mesures expérimentales montrent que placer la sortie du compartiment moteur au culot de la maquette est plus favorable à une faible traînée de refroidissement qu une sortie placée au niveau du soubassement. La contribution de la traînée de refroidissement dans la traînée totale peut ainsi varier de 2% à 24%. Les simulations numériques donnent elles accès au débit de refroidissement. Pour les configurations étudiées, les sorties au culot sont là encore les plus favorables puisqu elles fournissent les débits les plus importants à travers le milieu poreux modélisant un échangeur aérothermique. Par ailleurs, la mise en place d étanchéités de part et d autre de l échangeur améliore significativement le débit de refroidissement où une augmentation d environ 45% est obtenue. La mise en place d un modèle analytique permet de relier la traînée et le débit de refroidissement à partir d une analogie entre les circuits électriques et les écoulements fluides. Il est alors possible de prévoir le sens d évolution du débit de refroidissement, donc de la performance des échangeurs aérothermiques, à partir d une modification géométrique interne au compartiment moteur.The cooling airflow, which flows through the underhood of motor vehicles from the inlet sections, is studied by means of three complementary approaches: the theoretical, experimental and numerical approaches. The three approaches use a simplified geometry with a blunt rear end, based on the Ahmed body, and equipped with an engine compartment. The experimental measurements show that locating the outlet section of the engine compartment at the base of the geometry favors low cooling drag values compared to an outlet section located in the underbody. The variation of the cooling drag contribution in the total drag is between2% and 24%, as a function of the location of the outlet. As for the numerical simulations, they provide the cooling flow rates. For the studied configurations, rear end outlets are again the most favorable since they provide the highest flow rates through the porous media that simulates a heat exchanger. Besides, the implementation of sealing above and below the porous media significantly increases the cooling flow rate by45%. An analytical model, based on the analogy between electrical circuits and fluid flows, connects the aerodynamic drag with the cooling flow rate. It is then possible to predict the evolution trend of the cooling flow rate, hence the heat exchangers efficiency, from a geometrical modification inside the engine compartment.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Evaluation du couple "champ lointain" d'un rotor d'hélicoptère en vol stationnaire (analyse de résultats issus de simulations numériques de mécanique des fluides)

Dans cette thèse, une formulation pour l extraction du couple champ lointain d un rotor d hélicoptère en vol stationnaire est présentée. Cette formulation est dérivée de la méthode d extraction de la traînée champ lointain d un avion, basée sur les travaux de van der Vooren et Destarac [?, ?, ?]. Un outil développé à l Onera à partir de cette théorie permet de donner une analyse complète de la traînée aérodynamique d un avion. Il est basé sur l analyse physique et locale de l écoulement calculé autour de l aéronef, et décompose la traînée totale, aussi appelée traînée mécanique, en composantes physiques. Ces composantes physiques peuvent être définies comme suit : 1) la traînée d onde, 2) la traînée visqueuse, 3) la traînée induite. L adaptation de la méthode d extraction de la traînée d un avion à un rotor en vol stationnaire nécessite l utilisation du couple rotor à la place de la traînée de l avion, ce qui donne la décomposition suivante : 1) le couple d onde, 2) le couple visqueux, 3) le couple induit. Les simulations de rotor diffèrent de celles de l avion dans la mesure où les équations d Euler (ou RANS) ne sont pas écrites dans le même repère de référence : les simulations d avion utilisent généralement une formulation en vitesse relative tandis que les simulations d un rotor d hélicoptère utilisent la vitesse absolue projetée dans le repère relatif. Cette différence conduit à deux formulations différentes des équations de l écoulement, et nécessairement deux formulations différentes de l extraction de la traînée ou du couple. Ce changement de repère implique aussi des changements dans les quantités thermodynamiques utilisées, en particulier l utilisation de la rothalpie à la place de l enthalpie d arrêt pour déterminer le couple dû aux phénomènes irréversibles. Une application de cette méthode est présentée sur un rotor quadripale créé pour cette étude et montre comment cette nouvelle approche peut améliorer la précision de l extraction des performances d un rotor à partir de résultat issu de la simulation numérique.In this thesis, a formulation for far-field torque extraction in the case of a hovering rotor is presented. This formulation is derived from an aircraft far-field drag extraction method, based on van der Vooren and Destarac s works [?, ?, ?]. A tool was previously developed at Onera to give an aerodynamic comprehensive analysis of aircraft drag, based on physical and local analysis of the computed flow field surrounding the aircraft. It decomposes the total drag, also called mechanical drag, into its physical components. These physical components can be defined as : 1) wave drag, 2) viscous drag, 3) induced drag. The adaptation of the method to a rotor in hover leads to consider rotor torque instead of aircraft drag, which gives the following decomposition : 1) wave torque, 2) viscous torque, 3) induced torque. Rotor simulations differ from aircraft ones inasmuch as the Euler (or RANS) equations are not written in the same reference frame : aircraft simulations use the relative velocity formulation while rotor simulations use the absolute velocity projected in the relative frame. This difference leads to two different formulations of the flow equations, and necessarily two different formulations of the drag or torque extraction. This change of reference frame also implies some changes in the thermodynamical quantities used, in particular the use of the rothalpy instead of the stagnation enthalpy to determine the torque due to irreversible phenomena. An application of this method is described on a four-bladed rotor created for this study and shows how this method can improve rotor performance extraction from numerical simulations.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Simulation numérique de l'effet de gradient de pression adverse sur le décollement de couche limite turbulente compressible en canal.

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Expression analytique de la contribution du compartiment moteur à la traînée

En aérodynamique automobile, la réduction de la traînée et l’amélioration de l’efficacité des échangeurs constituent une voie de progrès pour réduire la consommation de carburant et donc la pollution et les émissions de gaz à effet de serre. La contribution du compartiment moteur dans la traînée totale d’un véhicule se situe entre 5 et 10 %. L’objectif est de fournir une expression analytique de la traînée due au compartiment moteur pour identifier les facteurs permettant de la réduire

A review of wind turbine-oriented active flow control strategies

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Rapport I.10 Modélisation et analyse stationnaires et instationnaires bidimensionnelles de l’écoulement dans des pompes radiales

The object of the here presented work is to study the effects of the geometrical and functionning parameters in a centrifugal, pump for nominal rate, and to modelise its unstationnary behaviour. We use a two-dimensionnal model and an aerodynamic type approach, with an inviscid fluid computation, eventually coupled with a boundary layer computation. We have successively studied, an isolated rotor, in the stationnary and unstationnary cases. In the stationnary case, the computation has been coupled with a boudary layer code. In the unstationnary case, we have next included the rotor in a circuit, to compute the unstationnary functioning of a complete installation including a pump. We have at last nodelised a whole pump, (rotor, stator and volute) using a quasi-stationnary model, which allows to take in account the interactions betwween these elements.L'objectif des travaux présentés ici est d'étudier les effets des paramètres géométriques et de fonctionnement dans une pompe au régime nominal, et de modéliser les transitoires. Le modèle mis en oeuvre est un modèle bidimensionnel et l'approche utilisée, de type aérodynamique, faisant intervenir un calcul de fluide parfait éventuellement complété par un couplage avec un calcul de couche limite. On a ainsi successivement abordé l'étude d'un rouet isolé dans les cas stationnaires et instationnaires ; le modèle instationnaire dans lequel on a libéré les lois de débit et de vitesse, a été inclus dans un circuit afin d'aborder les fonctionnements transitoires et périodiquement variables d'une installation complète. On a enfin modélisé un étage complet de pompe (roue, diffuseur, volute) à l'aide d'un modèle quasi-stationnaire, ce qui permet de mettre en évidence les interactions entre ces éléments.Devinant Philippe, Bouët Thierry, Mudry M. Rapport I.10 Modélisation et analyse stationnaires et instationnaires bidimensionnelles de l’écoulement dans des pompes radiales. In: Machines hydrauliques. Conception et exploitation. Développements récents et Applications aux différents secteurs industriels. Vingtièmes journées de l'hydraulique. Lyon, 4-6 avril 1989. Tome 1, 1989

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DEDICATION This thesis is dedicated to my wonderful husband and family. Through their encouragement and patience, I was able to realize my dream of working for a talk show and lived to write about the experience