Dynamique et Stabilité des Tourbillons de Sillage

L’objectif de ce stage est de caractériser la formation et l’évolution en champ proche des tourbillons marginaux sur une gamme de nombres de Reynolds et de Mach, au moyen de simulations URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier–Stokes). Plus précisément, on cherche des solutions stationnaires des équations URANS, c’est-à-dire des solutions RANS correspondant à des états d’équilibre de l’écoulement. Ces écoulements calculés constitueront les états de base des analyses de stabilité globale, dans lesquelles la turbulence est prise en compte au moyen d’un modèle de Spalart–Allmaras linéarisé. La qualité de ces écoulements de base conditionnera directement la fiabilité des prédictions de stabilité.

La première partie du stage sera consacrée à la prise en main de solveurs URANS génériques sur une configuration de référence de tourbillon marginal, pour laquelle des données expérimentales détaillées sont disponibles. Une attention particulière sera portée à la stratégie de maillage, le cœur du tourbillon étant une région fine de rotation intense qui doit être résolue sur de longues distances en aval.

La seconde partie consistera en une étude paramétrique de configurations d’aile à plusieurs nombres de Reynolds et de Mach. Au-delà du calcul des écoulements, le ou la stagiaire analysera la physique des tourbillons : enroulement de la nappe tourbillonnaire, évolution en aval de la circulation, du rayon de cœur et de la vitesse axiale, et sensibilité du cœur tourbillonnaire à la modélisation de la turbulence. Les tourbillons calculés seront comparés à des modèles analytiques tels que le tourbillon de Batchelor, afin d’extraire les paramètres qui gouvernent leur stabilité (nombre de swirl, déficit ou excès de vitesse axiale) et de situer chaque configuration par rapport aux critères d’instabilité connus dans la littérature.

À terme, à l’issue du projet, la base de données de solutions d’équilibre RANS convergées ainsi constituée servira d’états de base aux premières analyses de stabilité globale.

Les objectifs de ce stage peuvent donc se résumer comme suit :

• Prise en main des solveurs URANS et des logiciels de génération de maillage CFD (ANSYS ICEM, Gmsh ou équivalent).
• Validation de la mise en données numériques sur un cas de référence de tourbillon marginal, par comparaison avec des données expérimentales et numériques.
• Calcul de l’écoulement autour d’ailes à plusieurs nombres de Reynolds et de Mach, sur des maillages dédiés.
• Fourniture des écoulements de base RANS aux outils d’analyse de stabilité globale.