Simulation numérique directe de la turbulence en présence d ... - ISAE

194 Conclusion générale
analytiques prédites par le modèle k − ε et aux résultats issus des travaux de Comte-Bellot et
Corrsin [15]. La méthode de forçage linéaire utilisée par Velghe ayant été un facteur limitant pour
l’interprétation physique des résultats, nous avons imaginé une nouvelle méthode mettant en
œuvre un forçage spectral permettant l’obtention d’un état turbulent stationnaire. Celle méthode
se montre particulièrement efficace pour conserver les structures turbulentes de l’écoulement tout
au long des simulations.
Dans le cadre de l’étude de la turbulence en présence de surfaces de blocage, l’influence du
nombre de Reynolds (spectres Si A), du nombre d’onde κ e (spectres Si B ) et des conditions aux
limites imposées à la paroi (adiabatique Σ q ou isotherme Σ T ) sur les phénomènes turbulents
observés aux abords de la paroi a été caractérisée. Les simulations effectuées suggèrent l’existence
de plusieurs couches de fluide dans le domaine de simulation : la zone de forçage marquée par
une activité turbulente intense, la zone de diffusion qui transporte l’agitation turbulente créée
jusqu’à la paroi et la zone de blocage dans laquelle les phénomènes de blocage cinématique
et d’amortissement interagissent. La validation physique des phénomènes de paroi est conduite
en comparant les contraintes et les termes du bilan des tensions de Reynolds calculées et celles
présentes dans les travaux de Perot & Moin [47] et Bodart [7]. En plus de retrouver les résultats de
nos prédécesseurs nous avons été en mesure de caractériser l’influence des paramètres turbulents
et thermiques de l’écoulement sur les phénomènes d’amortissement et de transferts énergétiques
intercomposantes.
L’évolution des états de surfaces, obtenus en considérant la réaction de sublimation du carbone
à la paroi, a montré qu’elle dépendait à la fois de l’agitation turbulente, du nombre d’onde
κ e et de la température du fluide T f . Les hauteurs de rugosité atteintes sont de l’ordre de 10 −8 m.
Ces résultats sont meilleurs que ceux de Velghe, mais il peuvent être améliorer en allongeant
la durée des simulations. Ceci dit, nos résultats révèlent que la taille des structures porteuses
d’énergie influence la manière dont les rugosités se forment à la surface. En effet, plus le nombre
d’onde κ e est grand plus la densité de rugosités observée est importante. Pour étudier cette
densité, des pistes de réflexion ont été avancées, elles nécessitent cependant la mise en place
d’un traitement graphique et statistique des pics caractéristiques des parois rugueuses.
Les principaux points à retenir de cette étude sont les suivants :
• le développement d’une méthode de forçage spectral destinée à maintenir un niveau d’énergie
cinétique constant sans altérer les structures turbulentes,
• la mise en place d’une procédure d’extraction des propriétés spectrales de l’écoulement,
• la validation des simulations de la turbulence en configuration périodique et en présence
de surfaces de blocage grâce à l’utilisation respective des modèles k − ε et RSTE. Les
résultats obtenus sont ensuite comparés à ceux issus de travaux bien connus disponibles
dans la littérature,
• une surface plane soumise à l’ablation reste plane au cours du temps lorsque le matériau
n’est pas surmonté d’une fluctuation turbulente alors qu’en régime turbulent, l’ablation
engendre la création d’une rugosité surfacique qui dépend à la fois de l’agitation turbulente,
de la taille des structures porteuses d’énergie et de la température du fluide.