Thèses Hydée


Sujets 2015:

 

Couplage de mesures de vitesse par TOMO-PIV et de déformation de profil, pour l’étude des interactions fluide-structure

Contacts: lionel.thomas@univ-poitiers.fr, laurent.david@univ-poitiers.fr, benoit.tremblais@univ-poitiers.fr

Dans les applications hydrodynamiques et aérodynamiques, l’accès aux champs de vitesse autour des profils (ailes, foils, appendices, …) et autour des navires ou des bâtiments est indispensable pour mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu et leurs interactions avec la structure. Pour la défense, la problématique interaction fluide-structure est importante pour les applications aérodynamiques (rotor d'hélicoptère) et pour des applications navales sur des appendices en composite (safran, foil de stabilisation) ou encore sur les pales d'hélices ou de pompe-hélice dont l'excitation vibratoire du bord de fuite par l'écoulement peut avoir un impact sur la signature acoustique et donc sur la furtivité. Les écoulements à fort nombre de Reynolds possèdent et génèrent des structures tourbillonnaires turbulentes qui peuvent être source de bruit, de sollicitations mécaniques instationnaires et qui produisent des vibrations et des états déformés de plus ou moins petite amplitude. Aujourd’hui, quelques techniques de mesures couplées fluides-structures existent mais restent généralement bidimensionnelles et plutôt locales. Dans ce travail de thèse, nous proposons de développer des outils de mesures tridimensionnelles des vitesses couplées à des mesures de déplacement et de déformations de profil pour mieux comprendre ces interactions.

Le laboratoire dispose d'un code de tomo-PIV, développé en C++ avec la librairie SLIP (développée en collaboration avec l'institut Xlim), ainsi que de codes de mesures de surfaces. Le candidat en thèse devra améliorer le code de tomo-PIV, notamment pour tenir compte de parois épaisses et d'angles de vue élevés, mais aussi pour accélérer le code de reconstruction, et également pour coupler reconstruction et corrélation. Il devra également valider la faisabilité du couplage des techniques de mesure. Les mesures seront réalisées dans un canal hydraulique de l'équipe, avec le soutien du personnel technique. Les développements seront assurés dans un cadre collaboratif autour de la librairie SLIP.

 

Couplage de mesures de vitesse par Développement d'un récupérateur d'énergie oscillant

Contacts: ludovic.chatellier@univ-poitiers.fr, malick.ba@ensma.fr, frederic.pons@ensma.fr

The doctoral project aims at designing and qualifying an energy harvester based on the oscillations of rigid or semi-rigid airfoils with various degrees of freedom. Preliminary theoretical and numerical results have demonstrated that self-sustained oscillations of rigid wings resulting from the so-called “flutter” phenomena can be used for energy harvesting. The PhD candidate will first conduct numerical simulations of transitory and turbulent flows around naturally oscillating wings in order to define and analyse the most efficient operating points of different energy harvesting designs. The performance of rigid and elastic blades will be compared. A practical demonstrator will then be studied in the experimental facilities and analysed in terms of efficiency and flow dynamics. An analysis of the dynamical stall phenomenon and on its influence on the harvester performances will also be conducted. In a third part, blade-command strategies will be derived in order to dynamically adapt the demonstrator to the flow conditions, with emphasis on wake minimization.

 

Couplage de mesures de vitesse par Influence des caractéristiques turbulentes d'un écoulement sur l'érosion, la déformation et le transport d'un lit sédimentaire 

Contacts: lionel.thomas@univ-poitiers.fr, gerard.pineau@univ-poitiers.fr

L'interaction entre un lit de particules et un écoulement cisaillé présente un intérêt tant dans le domaine industriel que dans le domaine environnemental. Cette interaction domine le transport de particules sédimentaires dans les rivières ou en milieux côtiers et estuariens. Ce transport donne souvent lieu à la formation de structures sédimentaires comme les rides et les dunes qui jouent un rôle déterminant dans le mouvement des sédiments. Une des questions au cœur de ces écoulements est liée aux mécanismes d'interaction entre les particules et l'écoulement. Ce couplage est engendré au niveau de l’écoulement moyen, de la forme et la composition du lit sédimentaire mais aussi au niveau de la macro turbulence et des structures tourbillonnaires instationnaires générées par la présence même des formes morphologiques présentes. Les mécanismes qui régissent, d’une part, la déformation d’un lit sédimentaire et la migration rides générées et, d’autre part, la dynamique tourbillonnaire produite par la présence de ses formes et leurs impacts sur le transport de sédiment sont encore mal connus. Les recherches expérimentales proposées ont pour objectif de mieux caractériser les conditions hydrodynamiques responsables de la mise en mouvement d’un lit sédimentaire et donc des évolutions morphologiques à court et moyen termes. Nous proposons dans le cadre de ce travail d’étudier et d’analyser les processus physiques qui pilotent l’érosion et la mise en mouvement des sédiments non-cohésifs en considérant les évolutions temporelles et spatiales des contraintes hydrodynamiques turbulentes qu’un lit sédimentaire subit. Nous focaliserons notre action sur l’analyse croisée des caractéristiques turbulentes de l’écoulement et du suivi lagrangien des sédiments afin d’identifier les actions mécaniques que le sédiment subit et les flux sédimentaires associés. La recherche sera menée à deux niveaux : (1) une approche expérimentale s'attachera à quantifier en laboratoire la dynamique instationnaire de l’écoulement, les contraintes mécaniques générées, les flux sédimentaires pour des sédiments proches des conditions naturelles en fonction des paramètres de la couche limite turbulente et des macros-turbulences générées se développant sur le lit sédimentaire se déformant, (2) une approche fondamentale tentera de revisiter le processus d'érosion sur un lit de sédiments en caractérisant le forçage et le comportement du sédiment à proximité de l'interface.


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