Etude expérimentale et numérique de l’écoulement autour d’un cône en incidence
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Date
2019-09-03
Authors
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Publisher
UMMTO
Abstract
Ce travail a comme premier objectif la détermination des positions des tourbillons qui se forment sur l’extrados du cône. Pour y parvenir, nous avons effectués des simulations numériques et de nombreuses compagnes d’essais en soufflerie mettant en oeuvre diverses techniques expérimentales et d’analyses. Par le biais de ces moyens, notre étude s’est déroulée d’une part, à déterminer les performances aérodynamiques du cône ainsi que son comportement sur un pas d’incidences de 0˚ à 72˚. D’autre part, nous nous sommes intéressés à l’évolution du champ de pression pariétal à l’extrados du cône d'angle d’apex β = 68.6 ̊ afin de déterminer les positions des tourbillons qui s'y forment.
Le choix de l’apex β = 68.6 ̊ est motivé par des travaux de visualisations des tourbillons d'extrados [11] afin de confronter nos résultats à ceux fournis par ces visualisations.
Nous avons donc effectué une compagne de mesures en soufflerie, après avoir réalisé deux cônes de même dimensions et d'apex β = 68.6 ̊, l’un pour les efforts aérodynamiques et l’autre pour la détermination de la pression à l'extrados.
Afin d’obtenir une meilleure compréhension de la phénoménologie des structures tourbillonnaires qui se développent à l’extrados du cône, on a mené dans la dernière partie de ce travail, une étude numérique à l'aide du code≪𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹≫. Différents modèles de turbulence ont été utilisés pour améliorer les résultats de simulations par comparaison avec les données expérimentales.
Par ailleurs, les effets de la géométrie du cône, les effets de la vitesse d’écoulement ont été étudiés par les différentes simulations. Plusieurs maillages ont été générés durant cette étude et ont permis de déterminer l’importance de la répartition des mailles à proximité du cône.
Ces simulations numériques ont été effectuées parallèlement aux essais en soufflerie pour pouvoir comparer les résultats.
Les résultats obtenus à travers les expérimentations et les simulations montrent que :
- Le coefficient de portance a une allure croissante jusqu’à l’incidence de décrochage où elle devient décroissante.
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- Le coefficient de traînée a une allure décroissante jusqu’à une valeur minimale où il devient croissant.
- Le coefficient de pression est stable aux extrémités de l’extrados (au niveau latéral des bords d’attaques) et sa valeur diminue avec l’augmentation de l’incidence.
- Les différentes cartographies des champs de pression et de vitesse montrent qu’il existe deux tourbillons symétriques et contrarotatifs qui se forment à l’extrados du cône à compter de l’apex.
- Les champs de pression montrent que l’éclatement des tourbillons, s’amorce à une incidence inférieure à celle du décrochage et se déplace vers l’apex en augmentant l’incidence du cône.
- La confrontation entre notre étude et la visualisation de l’article [11] montre une différence de résultats à savoir qu’il y’a une paire de tourbillons contrarotatifs qui se forment à l’extrados du cône dans notre étude, alors que dans l’article il y’a deux paires de tourbillons intérieur et extérieur, donc notre étude contredit et ne confirme pas la visualisation de l’article [11].
- La comparaison entre les deux approches expérimentale et numérique marque une disparité et différence entre les résultats des différentes évolutions, néanmoins, il est intéressant de signaler que l’approche numérique a permis de compléter l’étude expérimentale, fournissant ainsi des informations qui seraient difficilement obtenues sur le terrain de par leur nature ou à défaut de moyens de mesure expérimentaux.
Description
95 f. : ill. ;30 cm. (+CD-Rom)
Keywords
Ecoulement, Simulation numérique 3d-rans, Fluide : mécanique
Citation
Energétique