E1 - M2N > O2-c. Interaction fluide structure :
Les problèmes d’interactions fluides structures interviennent dans de nombreuses applications en environnement et en production de l’énergie. Dans notre axe, nous développons des méthodes numériques de type Lattice-Boltzmann pour les problèmes d’interactions fluides structures. Nous nous intéressons aussi au couplage entre les vibrations des structures et l’aéro-acoustique. Pour ces problèmes, des mesures expérimentales viennent en appui à la simulation numérique.
Nous avons développé dans un premier temps un schéma de type Lattice-Boltzmann pour les problèmes d’interaction fluide-structure basé sur la méthode de pénalisation volumique pour le solide. Les simulations basées sur cette approche ont été validées sur un problème de vibration d’un cylindre sous écoulement. Pour tenir compte de l’équation de l’élasticité du solide, nous nous sommes appuyés sur l’écriture du couplage fluide-solide, comme un seul fluide multiphasique viscoélastique. La présence des deux phases est gérée via les équations de Cahn–Hilliard. La modification de la fonction d’équilibre permet alors de retrouver les équations du problème couplé via un développement de Chapman-Enskog du schéma de Lattice Boltzmann. Le schéma a pu être implémenté sur des cartes GPU. Les résultats des simulations pour de nombreuses configurations confirment la pertinence de l’approche.
Par ailleurs, nous étudions les nuisances sonores engendrées par l’impact d’un écoulement sur une structure. Ces travaux sont essentiellement de nature expérimentale. Pour appréhender les interactions entre la dynamique tourbillonnaire des écoulements étudiés et les champs acoustiques générés, nous avons utilisé des techniques de Stéréo-PIV résolue en temps et de Tomo-PIV résolue en temps. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence des corrélations entre l’énergie cinétique turbulente et le champ acoustique dans un jet plan heurtant une plaque fendue. Nous avons également utilisé ces résultats expérimentaux pour de la reconstitution volumique de ces écoulements à partir de données 2D-3C sur différents plans. Deux méthodes de reconstruction ont été appliquées à ces plans : la POD et la moyenne de phase. Le volume est obtenu par une interpolation des plans reconstruits donnant accès aux trois composantes de la vitesse. Ces méthodes de reconstruction en 3D à faible coût ont été validées par comparaison avec des mesures expérimentales réalisées par le même dispositif expérimental, dans les mêmes conditions, par la PIV tomographique donnant accès aux champs cinématiques tridimensionnels.
D’autre part, des études en cours s’intéressent à l’influence de l’introduction d’une instabilité sur le comportement acoustique, de la dynamique tourbillonnaire et les transferts énergétiques d’un jet heurtant une plaque fendue produisant un son auto-entretenu. Ces instabilités sont produites par la perturbation de l’écoulement du jet par un obstacle de faible dimension, ou des instabilités thermiques en chauffant la plaque fendue heurtée par le jet.
- Champs des vitesses 3D dans un volume mesuré par Tomo-PIV avec une haute résolution spatio-temporelle : jet plan heurtant une plaque fendue produisant un son auto-entretenu