contrôle des décollements – Étude des mécanismes ph ysiques … · 2017-11-25 · contrôle...
Post on 25-Jun-2020
1 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Contrôle des décollements – Étude des mécanismes ph ysiques de contrôle à l’aide d’écoulements canoniques
Présentation d’un projet de collaboration
Lille LML M. Stanislas, C. BraultOrléans ESA A. KourtaPoitiers LEA A. Spohn, J.P. Bonnet
1
Poitiers LEA A. Spohn, J.P. Bonnet
Prévu pour soumission ANR blanche 2009
Motivation – Contexte
profil diffuseur rampe bosse
V∞∞∞∞
2
Situation: Nombreuses études avec des configurations et des actionneurs très divers
Comment choisir une méthode de contrôle efficace ?
Lin et al 1991,1999Jenkins et al 2002
Ashill et al 2001Chuan et al. 2007
Seifert et al. 1996Amitay et al.2002Tian et al. 2006Corke et al . 2007Siauw 2008
Feakins et al. 2003Hasegawa et al. 2008
et beaucoup d’autres
Problème de la comparaison directe
sans contrôle
avec contrôle
écoulement externe
couche limite amont
actionneur
3
• caractéristiques de l’écoulement à contrôler
• mécanismes physiques déclenchés par les actionneurs
• caractéristiques de l’écoulement contrôlé
Choix judicieux nécessite connaissances détaillées des
avec contrôleécoulement contrôlé
Caractéristiques de l’écoulement en amont du décollement
νθθ /Re ∞⋅= U
θδ
112
=HPression constante
Séparation laminairelaminaire
turbulent
Par méthodes intégrales:
4
Truckenbrodt (1980)
Point d’arrêt
Séparation turbulente
05,4)(00,212
≤≤S
H
Reθ domine par rapport à H12
Pression constante
turbulent
Smith (1975)
• Deux paramètres principaux caractérise les conditio ns en amont du décollement
θ
Influence de l’écoulement externe
Smith (1975)Vitesse de référence
5échelles identiques en cp
• Possibilité de comparer l’influence de l’écoulement externe
Critère de Stratford (1959)
( ) 1,0
610Re
dXcdXc
S
pp
=0/ 22 <dxpd0/ 22 >dxpd
S = 0,35S = 0,39
7/4<p
c
Couche limite turbulente:
décollement si:
6
10
−=2
0
)(1
UXU
dXd
dXcd
ep ν/Re '0
xU ⋅=
• Critère indique la susceptibilité de la couche limi te de décoller !
• Critère équivalent pour couche limite laminaire exi ste !
• Nécessite que des quantités locales (U e(X),θθθθ) !
x’ basée sur la longueur d’une couche limite équiva lente
Écoulement dans la zone contrôlé
Coefficient de dissipation ∫ ∂=δ
τ dyuc
sans contrôle
avec contrôle
2
0
UU
e
7/633,3
+= ∫∞
B
A
x
x
eAB
dxUU
Kθθ
Truckenbrodt (1968)
7
Coefficient de dissipation
Coefficient de frottement
∫ ∂∂=
∞ρτ
03 dy
yu
uc
D
• Prise en compte des caractéristiques de l’écoulement contrôlé permet d’optimiser l’apport d’énergie fournie par l’actionneur
dyUy
cF ∫
∂∂−=
∞
δ
ρτ
02 x
traînée minimale
Mécanismes physiques engendrés par l’actionneur
sans contrôle
avec contrôle
8
état décollé -> état attachérattachement rattachement périodique
avec contrôle
• caractéristiques du décollement déterminent les méc anismes physiques
en jeu pour le contrôle
• nécessite connaissance des détails des régimes tra nsitoires
(lâché de nappes tourbillonnaires)
Influencer des mécanismes d’instabilité mécanismes redistribution de quantité de mouvement
Comment établir l’efficacité d’un système de contrôle ?
Thwaites 1960 : puissance investie pour contrôle ≡ coefficient de traînée équivalent
Wygnansky 2000Soria 2004 :
32
1∞
=SU
Pc pm
Dp ρη
GU 2ρ
coefficient de soufflage
+ ≡ ULfF /
fréquence adimensionnelle
9
• Uniquement valable pour des comparaisons avec une s eule configuration spécifique !
Cattafesta 2005 :
Soria 2004 :
LU
GUc jj
22
1
2
∞∞
= ρρ
µ∞
+ ≡ ULfFe
/
∞
+=DU
IVW
LD rmsrmscost function
Configurations canoniques
• Nécessité d’une configuration canonique qui permet de varier les paramètres pertinents pour un décollement d’une manière indépendante.
amont:
νθθ /Re ∞⋅= U
θδ
112
=H
10
extérieur:
aval:
mp
xc =&&&
θ
cD , cF
Configuration idéale
couche limite à caractéristiques contrôlés gradient de pression modulablem
pxc =&&&
11
Objectifs: fluctuations minimales du point d’arrêt contrôle de conditions amont
Regroupement de compétences complémentaires
• soufflerie de couche limite à grand nombre de Reynolds O(107)
• analyse fine des mécanismes physiques par mesure du champ de vitesse résolue dans le temps (PIV) et des mesures locales (fils chaud)
LILLE:
ORLEANS:
• analyse numérique détaillé d’écoulements contrôlés
12
• implantation d’algorithmes de contrôle basés sur ‘low-order models’
• soufflerie nombre de Reynolds O(106)
POITIERS:
• soufflerie nombre de Reynolds O(106)
• mesures du champs de pression pariétales, PIV
• tunnel hydraulique Reynolds O(105)
• mesures PIV et visualisations résolues dans le temps
Toutes les équipes concernés sont impliqués dans des études de contrôle d’écoulement
Domaine de fonctionnement (Reθ)
Re(Theta) = f(Re)
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
Re(
thet
a) LML
LEA Béton
LML Soufflerie
LEA Soufflerie
13
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08
Re
Re(
thet
a)
LEA Béton
LEA THAS1
Tunnel hydraulique
Variation de Reθ sur deux ordres de grandeurs !
Delta = f'(Re)
0.20
0.30
Del
ta [m
] LML
LEA-Béton
Domaine de fonctionnement (échelle)
LEA Soufflerie LML Soufflerie
14
0.00
0.10
1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08
RE
Del
ta [m
]
LEA-Béton
LEA-THAS1
Tunnel hydraulique
• variation de l’échelle physique sur un ordre de grandeur
Tâches (état du 23/10/08 19h55)
� cerner les bassins d’attraction des paramètres rele vants
� optimisation des informations pertinentes pour le c ontrôle
en boucle ouvert
� caractérisation des conditions de décollement
� vérification des bassins d’attraction, choix desconditions expérimentales pour contrôle
Année 1:
Orléans Lille -Poitiers
15
� dévelopement d’un modèle d’ordre réduit pour
feedback contrôle
� optimisation itérative numérique-expérimentale des
systèmes de contrôle
� implantation boucle ouvert
� étude de la dynamique de l’écoulement
(PIV, Visualisation)
� mise en place boucle fermée
� démonstration de faisabilité
Année 2:
Année 3:
TUNNEL HYDRAULIQUE FAIBLES VITESSES
16
• Section de mesure 0.25 m x 0.50 m x 1 m
• Vitesse < 0,50 m/sec
• Puissance disponible 5 kW
Caractéristiques: Techniques de mesures:
• Bulles d’hydrogène
• Électrolyse d’étain
• Colorants
• PIV
top related