Étude de la dynamique de la turbulence et du mélange d'un scalaire dans un jet circulaire faiblement chauffé

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L'objectif du programme de recherche vise à étudier la dynamique de la turbulence et le mélange d'un scalaire dans un jet faiblement chauffé. Il vise aussi à apporter des contributions significatives au domaine de la modélisation de ce type d'écoulement turbulent que l'on rencontre régulièrement dans la nature ou dans l'industrie. Plusieurs objectifs spécifiques sont ciblés :***1. Étudier le comportement autosimilaire des bilans d'énergie cinétique turbulente (k) et de la variance des fluctuations de température (q).***2. Établir et valider des relations de prédiction des taux de dissipation moyens de k et de q, deux quantités déterminées par les échelles les plus fines de la turbulence. Étant donné leur importance en modélisation de la turbulence, la possibilité de pouvoir prédire leurs valeurs en fonction des conditions aux limites est d'une très grande pertinence.***3. Étudier l'influence des conditions aux limites ainsi que le comportement autosimilaire du nombre de Prandtl turbulent (Prt) et du rapport des échelles de temps thermique/mécanique (R). La mesure détaillée de ces deux quantités dans un même jet, sous différentes conditions aux limites, constitue un défi qui n'a jamais été réalisé.***4. Étudier l'anisotropie des structures dissipatives de q en utilisant des mesures directes obtenues par des sondes à plusieurs fils (2, 3 ou 5, pour une formulation de différence finie en plusieurs points). Disposant d'une mesure de référence provenant du bilan de q, cette étude offre une opportunité unique de vérifier tous les aspects méthodologiques associés aux mesures directes de dissipation.***5. Étudier les fonctions de structure, les équations de Kolmogorov et de Yaglom généralisées, afin de pouvoir analyser les bilans par échelles et de comprendre les mécanismes de mélange.***Le programme de recherche sera réalisé avec un montage expérimental permettant de générer un jet d'air circulaire faiblement chauffé. Les mesures de vitesse seront effectuées par vélocimétrie laser Doppler et les mesures de température par thermométrie à fil froid. Le montage et les appareils de mesure sont existants.*L'originalité du programme de recherche réside dans le fait que les expériences proposées sont novatrices et que toutes les mesures (vitesse et température) seront réalisées dans le même écoulement, sous les mêmes conditions aux limites. En ce qui concerne le jet circulaire faiblement chauffé, aucune des campagnes d'essais proposées n'a jamais été réalisée ailleurs dans les conditions décrites. En effet, on retrouve généralement dans la littérature des analyses regroupant des données recueillies dans des montages différents avec des conditions aux limites propres à chaque écoulement. Les résultats obtenus permettront d'apporter des modifications aux modèles de turbulence qui sont utilisés dans les codes de simulation des écoulements turbulents cisaillés libres impliquant le mélange d'un scalaire passif.