Contrôle passif de la couche limite laminaire par générateurs de vorticité

Abstract

Le mémoire présente les résultats d'une étude expérimentale visant l'optimisation de l'utilisation des générateurs de vorticité pour le contrôle passif de la couche limite laminaire. Les expériences visaient en particulier l'obtention de critères généraux permettant le retardement du décollement de la couche limite pour une variété d'applications. Pour s'affranchir des spécificités propres à chaque géométrie, les expériences ont été réalisées dans une soufflerie à basse vitesse, spécialement modifiée pour produire un gradient de pression adverse constant sur toute la longueur d'une plaque plane sur laquelle évolue une couche limite laminaire. Un modèle de calcul basé sur les méthodes intégrales de quantité de mouvement et d'énergie a été développé pour assister la conception de l'appareillage. Les expériences sur la plaque plane à gradient de pression constant avec des générateurs de vorticité de type girouette en système contra-rotatif ont montré que la position optimale des générateurs de vorticité se trouvait à 83% de la position du décollement naturel, et ce pour la plage de nombre de Reynolds globaux, basés sur la vitesse d'entrée du canal et la position axiale, couverts par les essais. Le point de décollement pouvait être retardé jusqu'à 40% plus loin que le décollement naturel, et cette position retardée se rapprochait du point naturel lorsque le nombre de Reynolds global augmentait. Des conclusions similaires peuvent être tirées en se basant sur les nombres de Reynolds locaux basés sur la vitesse locale et l'épaisseur de quantité de mouvement. Ces résultats, obtenus à gradient de pression constant, ont été validés sur un profil NACA 0018, pour lequel le gradient de pression n'était pas constant. Pour ce cas-ci, les résultats sont en accord avec ceux sur la plaque plane. En particulier, on trouve que: le rapport des nombres de Reynolds globaux à la position optimum des générateurs de vorticité et au point de décollement naturel sans générateurs de vorticité est constant et vaut 0.83, le rapport des nombres de Reynolds locaux basés sur l'épaisseur de quantité de mouvement à la position optimum des générateurs de vorticité et au point de décollement naturel est constant et vaut 0.92, et que la relation entre les nombres de Reynolds locaux basés sur l'épaisseur de quantité de mouvement au point de décollement naturel sans générateurs de vorticité et au point de décollement retardé peut être estimée par une loi linéaire. Ces résultats portent à croire que, pour le contrôle d'une couche limite laminaire par ce type de générateurs de vorticité, la similitude proposée basée sur les nombres de Reynolds globaux et locaux permet de s'affranchir du profil de gradient de pression spécifique à chaque application.