Structures cohérentes et turbulence en écoulement libre

Coherent structures and turbulence in shear layers

Professeur à l'INPG Institut de mécanique de Grenoble

Résumé

On montre par simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes bidimensionnelles que les tourbillons de Kelvin-Helmholtz en couche de mélange donnent naissance à un champ de turbulence bidimensionnelle. Celle-ci est caractérisée par son imprédicibilité, ainsi que par un spectre spatial d'énergie cinétique à bande large. Dans le cas du jet plan (jet de Bickley), on met en évidence l'apparition d'une allée de Karman, dont la régularité depend de la nature de la petite perturbation superposée à l'écoulement de base. On discute enfin de la tridimensionnalisation des rouleaux de Kelvin-Helmholtz.

Abstract

It is shown, with the aid of direct numerical simulations of the two-dimensional Navier-Stokes equations, that the mixing-layer Kelvin-Helmholtz eddies evolve into a two-dimensional turbulence field. The latter is characterized both by its unpredictability and by the existence of a broad-band spatial kinetic energy spectrum. In the case of a plane jet (Bickley jet), one shows the appearance of a Karman street, whose regularity depends on the nature of the small perturbation superposed upon the basic flow. Finally, the three-dimensionalization of the Kelvin- Helmholtz vortices is discussed.