Influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabilité d'un jet rond

Abstract

Dans un certain nombre d'écoulements industriels, la génération de vortex calibrés constitue un moyen de mélange et de dispersion efficace. Cependant, le mouvement tourbillonnaire ainsi créé modifie fortement les propriétés dynamiques et la stabilité de l'écoulement lui-même. La présente étude s'intéresse à un cas académique qui est l'influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabi!ité d'un jet rond. Du point de vue expérimental, ces vortex sont initialement générés par l'écoulement dans un coude. Une modélisation théorique de l'e coulement de base simplifié est développée pour vérifier les conditions limites d'interface libre séparant deux fluides. Ce couplage des problèmes de jet rond avec ceux d'une paire de vortex, généralise en quelque sorte les approches classiques. Par ailleurs, de manière originale, nous introduisons dans cette modélisation un degré de liberté supplémentaire lié à la position du centre des vortex. L'analyse théorique de la stabilité linéaire met en évidence le caractère déterminant de ce paramètre. Un décalage initial des vortex vers l'intrados diminue le taux de croissance des ondes instables, alors qu'une position initiale vers l'extrados l'augmente. L'influence de ce paramètre a été étendue sur les propriétés convectives-absolues de la stabilité par le biais de la détennination du nombre de Weber critique. Parallèlement, une boucle expérimentale a été spécialement mise au point afin de mettre en évidence l'influence des vortex sur un jet rond classique dans l'air. La modification particulière de l'interface montre une bonne concordance avec le modèle développé. Enfin, une technique expérimentale originale a été développée pour la détermination quantitative des caractéristiques des ondes instables (taux de croissance, vitesse, longueur d'onde).NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF