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: laurent.david@univ-poitiers.fr

Problématique générale : Dans les applications hydrodynamiques et aérodynamiques, l’accès aux champs de vitesse autour des profils (ailes, foils, appendices, …), des navires, ainsi que des bâtiments, est indispensable pour mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu et l'interaction entre l'écoulement fluide et les déformations de la structure solide. 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 petites amplitudes. 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 l'amélioration et le couplage de méthodes de mesure tridimensionnelle du champ de vitesse du fluide avec des outils de mesure du déplacement et des déformations du solide pour mieux appréhender ces interactions.

La technique de mesure tridimensionnelle de champs de vitesse fluide envisagée est la PIV tomographique (tomo-PIV), qui est une technique récente. Cette méthode s'applique en trois étapes : une étape d'enregistrement d'images de particules à partir de plusieurs caméras, une étape de reconstruction des particules dans le volume à partir des projections sur les caméras et enfin, une étape d’évaluation du déplacement de ces particules dans l’espace. Plusieurs approches sont apparues et se sont fortement améliorées en termes de précision et de rapidité d’exécution au cours des dernières années sous l’impulsion de la communauté de mécanique des fluides. Plusieurs méthodes ont été développées à l'institut, mais il subsiste plusieurs voies d'amélioration possibles.

Pour la mesure des déplacements et déformations des profils et des structures, des techniques développées dans une précédente thèse financée par la DGA, basées sur la corrélation, pourront être étendues facilement à ce type d’application pour ensuite réaliser des mesures couplées vitesse-déformation.

Compétences attendues : un goût prononcé pour la programmation (en C++) et la mécanique des fluides expérimentale.

                      Exemple de montage expérimental sur lequel est mis en place un système de mesure par tomo-PIV.

 

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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