High speed visualizations of the cavitating vortices of 2D mixing layer

The present study investigates experimentally vortex dynamics of a cavitating two-dimensional mixing layer at a high Reynolds number in order to determine the effect of growth and collapse of cavitation. The dynamics and the topology of the vorticity regions corresponding to the low pressure area where cavitation effects take place are studied from the single phase state to highly cavitating conditions. LDV techniques are used in order to characterize the pattern of the turbulent single phase flow. Highspeed visualizations have been performed using a specific image processing of time series to highlight the behaviour and dynamics of the vapour phase. Visualizations, image processing and statistical analysis enable the estimation of the convective velocity and the shedding frequency of the cavitating Kelvin–Helmholtz vortices. The measured visual vapour thickness grows linearly as the Kelvin–Helmholtz instability develops and its expansion rate stays constant for the range of cavitation levels studied. The vortex pairing phenomenon is also analysed. Results show that the spatial development of the mixing area is slightly affected by the vapour phase allowing a self-similar behaviour of the mean motion

Thickness effect of Naca foils on hydrodynamic global parameters, boundary layer states and stall establishment

The present study investigates experimentally the hydrodynamic behavior of 2D NACA (15, 25, 35%) symmetric hydrofoils at Reynolds number 0.5 106 . A particular attention is paid on the hysteretic behavior at static stall angle and a detailed cartography of boundary layer structures (integral quantities and velocity profiles) is given in order to put in evidence the mechanism of the detachment and the onset of von Karman instability for thick profil

Mesure de champs de vitesse en PIV Diphasique. Application aux écoulements cavitants.

Ce travail s’insère dans le cadre d’une étude du comportement hydrodynamique et cavitant de profils épais de type NACA bidimensionnel. Ces profils sont largement utilisés en hydrodynamique navale pour les systèmes de propulsion électrique en nacelle, pour les gouvernails et sont sujet à des décollements à faible incidence ainsi qu’à des cavitations instationnaires voisines de poches se développant sur l’extrados. Le but de ce travail expérimental est de caractériser la topologie de l’écoulement diphasique pour mieux appréhender les mécanismes d’interaction entre une phase vapeur et une phase liquide et ainsi comprendre les effets de la cavitation sur les performances hydrodynamiques des corps épais. Cependant, la présence de bulles et de cavités de vapeur ne permet pas d’obtenir le champ de vitesse par les techniques classiques de vélocimétrie laser sans traitement préalable. C’est pourquoi, dans le but de discriminer la phase liquide (objets de type traceur ou particules) de la phase vapeur (objets de type : microbulles, bulles ou poches) on propose une méthode de traitement d’images et de reconstitution de champ de vitesse des différentes phases et objets identifiés. Cette technique consiste à détecter sur une image des classes d’objets de différente taille et d’isoler chaque classe afin de procéder à un moyenne pondérée pour recalculer les champ de vitesse liquide ainsi que la vitesse de bulles et la vitesse de glissement

Effet d’un vortex sur le décollement d’une couche limite turbulente sur profil NACA0015 2D

L’objectif de cette étude est d’analyser expérimentalement l’interaction entre un tourbillon longitudinal isolé et une couche limite se développant sur un profil portant bi-dimensionnel de type NACA0015 pour des incidences faibles et autour du décrochage statique. Le travail a été réalisé en tunnel hydrodynamique à Reynolds 5 105, le tourbillon est généré en amont par une aile elliptique de section NACA0020 et les campagnes de mesures ont été réalisées par LDV et PIV 3C/2D en ce qui concerne le champ de vitesse et par balance hydrodynamique en ce qui concerne les efforts globaux. Les résultats ont montré que la présence du tourbillon inhibe le phénomène d’hystérésis lors du décrochage statique du profil NACA0015, ceci étant associé à une modification notable des états de couche limite tant en valeur moyenne que fluctuante. En effet, pour les faibles incidences, la présence du tourbillon longitudinal modifie le gradient de pression, retarde de manière globale le décollement de la couche limite en ré-accélérant le fluide à la paroi. Pour les incidences plus élevées, on observe un réattachement de la couche limite dans la région d’inflow (zone d’apport de fluide rapide à la paroi). La dynamique de cet écoulement est analysée grâce aux quantités turbulentes dans le sillage du profil NACA0015 dans la zone d’inflow et par comparaison avec celles obtenues sans la présence du tourbillon

Traitement d'image utilisant la POD et la DMD pour l'étude du développement de la cavitation sur un NACA0015

Le travail présenté ici concerne l’étude des instabilités de poche de cavitation se développant sur un profil bidimensionnel de type NACA0015 à haut nombre de Reynolds (Re=5 105). Les conditions expérimentales sont relatives à des poches quasistatique, périodique, transitoire et apériodique correspondant à des valeurs de s/2a de 5.75, 5, 4.3 et 3.58. Le comportement dynamique de la cavité est étudié à l’aide d’outils mathématiques de type décomposition orthogonale en modes propres (POD) et décomposition en mode dynamique (DMD) appliqués à des images issus de visualisations rapides. L’originalité de ce travail est l’application de ces méthodes pour décrire le comportement dynamique (2D et 3D) spatio-temporel de la poche en fonction des conditions de cavitation dans le but de mettre en évidence les effets 3D inhérents à l’instabilité soit de jet rentrant soit de propagation d’une onde à l’interface de la poche à l’origine du caractère pulsant de celle-ci

Effet d’un tourbillon longitudinal sur le comportement d’un profil portant bidimensionnel

Une situation classique, dans l’agencement du système propulsif d’un navire, consiste à placer le safran de gouvernail à l’aval du propulseur, dans son sillage. Cette situation permet, en particulier, de tirer profit, dans les phases de manoeuvre, de l’effet de « coup de fouet » obtenu en augmentant brutalement la vitesse de rotation (ou le pas) du propulseur pendant une durée très brève. Les interactions qui existent entre le propulseur et le safran de gouvernail ont fait l’objet de diverses études [1, 2, 3, 4, 5] tant expérimentales que numériques. En route libre les tourbillons générés en pied de pale, au voisinage du moyeu, viennent se regrouper sur l’ogive du propulseur pour constituer ce qu’il est convenu d’appeler le tourbillon d’ogive. Ce tourbillon est ensuite convecté au voisinage immédiat du safran et la question se pose des interactions éventuelles de ce tourbillon avec l’écoulement portant sur le safran. En particulier le comportement du safran à forte incidence est, en raison des normes en vigueur, l’objet d’une attention particulière de l’architecte naval. Deux paramètres sont analysés : d’une part la portance du safran à forte incidence et son angle de décrochement et d’autre part les vibrations et instationnarités pouvant apparaître lors d’une mise en forte incidence. L’un des objectifs de cette étude est d’analyser l’effet du tourbillon d’ogive sur les performances hydrodynamiques du safran dans ces conditions extrêmes

Coherent and turbulent process analysis of the effects of a longitudinal vortex on boundary layer detachment on a {NACA0015} foil

In the present paper, interactions mechanism of the propeller hub vortex with the rudder installed in its wake are studied. This configuration corresponds to the field of marine propulsion allowing specific problem such as cavitation inception, modification of the propulsive performances and induced vibrations. To better understand the complex mechanisms due to the impact of the propeller-rudder interactions decided to put more emphasis onto configuration where the hub vortex is generated by an elliptical 3D foil and is located upstream the 2D NACA0015 foil at high incidences at Reynolds number 5 105. The physical mechanism involved in the interactions between a single longitudinal vortex and boundary layer detachment was studied using time resolved stereoscopic PIV techniques. Particular attention was paid to the detachment at 25° incidence and a detailed cartography of the mean and turbulent properties of the wake is proposed. The proper orthogonal decomposition (POD) analysis was applied in order to highlight the unsteady flow aspects using phase averaging based on the first POD coefficients to characterize the turbulent and coherent process in the near wake of the rudder

Interaction entre un tourbillon longitudinal et une couche limite se développant sur un NACA0015

L’objectif de cette étude est d’analyser expérimentalement l’interaction entre un tourbillon longitudinal isolé et une couche limite se développant sur un profil portant bi-dimensionnel de type NACA0015 pour des incidences faibles et autour du décrochage statique. Le travail a été réalisé en tunnel hydrodynamique à Reynolds 5 105, le tourbillon est généré en amont par une aile elliptique de section NACA0020 et les campagnes de mesures ont été réalisées par LDV et PIV 3C/2D en ce qui concerne le champ de vitesse et par balance hydrodynamique en ce qui concerne les efforts globaux. Les résultats ont montré que la présence du tourbillon inhibe le phénomène d’hystérésis lors du décrochage statique du profil NACA0015, ceci étant associé à une modification notable des états de couche limite tant en valeur moyenne que fluctuante. En effet, pour les faibles incidences, la présence du tourbillon longitudinal modifie le gradient de pression, retarde de manière globale le décollement de la couche limite en ré-accélérant le fluide à la paroi. Pour les incidences plus élevées, on observe un ré-attachement de la couche limite dans la région d’inflow (zone d’apport de fluide rapide à la paroi). La dynamique de cet écoulement est analysée grâce aux quantités turbulentes dans le sillage du profil NACA0015 dans la zone d’inflow et par comparaison avec celles obtenues sans la présence du tourbillon

Effect of vortex generator on the boundary layer detachment on NACA0015 2D foil

Control of detachment of the boundary layer around a foil found many applications in various configurations for aircraft the ability to suppress or delay the separation phenomenon leads to enhanced levels of lift, reduce noise and drag. Many studies have been experimentally conducted to test the effectiveness of different actuators. For example, regarding the methods called "active" which introduce external energy into the fluid, it distinguishes the use of movable walls Modi et al. [1], methods based on suction or blowing Wygnanski [2], McCormick [3], acoustic methods Collins [4], thermal Chang [5] or electromagnetic Gad-el-Hak [6]. In recent years, synthetic jets have been used to control flow separation and to stabilize the boundary layer by adding/removing momentum with the formation of vortical structures Wygnanski [7]. More recently, Gilarranz et al. [8] performed a study of flow separation over NACA0015 airfoil with synthetic jets control, but the modification by the control of the boundary layer has not been clearly identify

Caractérisation par POD, issue des champs PIV non résolus en temps, des effets d’épaisseur sur le phénomène d’hystérésis au décrochage statique des profils Naca

Les expériences présentées concernent les écoulements autour d’un profil NACA0025. Elles ont permis de mettre en évidence le phénomène d’hystérésis associé aux états décollés et décrochés. Le travail concerne la comparaison de ces deux états par des méthodes POD appliquées sur des mesures PIV non synchrone. Les résultats montrent deux types d’organisation à l’apparition de la chute brutale de la portance et mettent en évidence les mécanismes énergétiques à l’origine de la transition