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Thèse S. Gsell

17 novembre 2016

Vibrations induites par vortex d’un cylindre circulaire rigide

Soutenance de thèse Simon Gsell

sous réserve d’autorisation par les rapporteurs

Mardi 13 décembre à 14 h 30

Salle Castex rez de chaussée

Résumé :

Lorsqu’un corps -flexible non-profi-lé est immergé dans un écoulement, les forces instationnaires associées au phénomène de détachement tourbillonnaire peuvent provoquer une réponse vibratoire de la structure. Ces vibrations induites par vortex (VIV) se produisent via un mécanisme de synchronisation entre l’instationnarité du sillage et le déplacement du corps, aussi appelé mécanisme de lock-in. Les VIV ont un effet néfaste sur beaucoup de systèmes industriels, mais elles peuvent également être utilisées comme convertisseur d’énergie mécanique pour l’extraction d’énergie.
Dans ce travail, les VIV d’un cylindre circulaire rigide, monté sur un support -flexible, sont étudiées dans différentes configurations sur la base de simulations numériques directes.

(i) Les mécanismes d’interaction sont d’abord examinés au début du régime turbulent, où les VIV ont rarement été étudiées numériquement. Le nombre de Reynolds, basé sur le diamètre du cylindre et la vitesse incidente, est -fixé à 3900. Une analyse conjointe des réponses structurelles et des forces -fluides est réalisée sur un intervalle de vitesses réduites (inverse de la fréquence naturelle du corps), dans le cas où le cylindre est libre d’osciller dans les directions longitudinale et transverse, c.a.d les directions parallèle et perpendiculaire à l’écoulement incident.

(ii) Le comportement du système lorsque le corps est libre d’osciller dans une direction seulement est également exploré, révélant les interactions possibles entre les déplacements longitudinal et transverse dans le cas à deux degrés de liberté (2-ddl) ; l’analyse montre par exemple comment des oscillations longitudinales de grandes amplitudes peuvent être induites par un déplacement transverse du corps.

(iii) Le sillage tri-dimensionnel se développant en aval du cylindre est analysé dans le cas 2-ddl et dans le cas du corps -fixe. Les structures d’écoulement dans la direction axiale (parallèle à l’axe du cylindre) sont analysées quantitativement à partir des amplitudes et longueurs d’onde des fluctuations de vorticité dans cette direction ; l’altération de ces structures lorsque le corps oscille diffère dans les couches cisaillées et plus en aval dans le sillage.

(iv) La dernière configuration étudiée concerne un cylindre immergé dans un écoulement linéairement cisaillé dans la direction transverse. L’impact de la brisure de symétrie, induite par le cisaillement, sur le comportement du système -fluide-structure, est exploré. Différents régimes d’interaction sont mis en évidence dans l’espace paramétrique défi-ni par le taux de cisaillement et la vitesse réduite. Certains d’entre eux sont associés à une profonde reconfi-guration du sillage et à une altération majeure des forces fluides.

Composition du Jury :

Rémi Bourguet (Directeur)
Marianna Braza (Directrice)
Patricia Ern (Membre du jury)
Bruno Koobus (Rapporteur)
Frank Thiele (Membre du jury)
Michael Triantafyllou (Membre du jury en visio-conférence)
José Eduardo Wesfreid (Rapporteur)