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Jeudi 11 décembre 2008 à 10:00 - Amphi Craya - ENSHMG

H. Djeridi

Titre/Title :
Turbulence et cavitation, l’interaction de deux phénomènes complexes

Contact :
S. Barre

Résumé/Abstract :
La question de savoir dans quelle mesure la turbulence contribue ou non à la modification des
conditions d’apparition de la cavitation est très délicate. En ce qui concerne le phénomène de
cavitation, il faut prendre en compte différentes échelles (fréquence propre d’oscillations
d’une bulle, temps de réponse, temps de transit d’une bulle, vitesse de glissement dépendant
de sa phase de croissance asymptotique, fréquence de fluctuation de pression subie par la
bulle…).
Pour ce qui est des échelles de la turbulence, il faut distinguer celles qui se rapportent aux
structures plus ou moins cohérentes dans les zones de cisaillement libre de celles qui sont
relatives aux fluctuations de faible amplitude au sein d’un écoulement siège d’une intense
turbulence de fond. Le caractère multi-échelle de la turbulence permet difficilement de
corréler les fréquences relatives d’une bulle à celles des structures tourbillonnaires présentes
dans l’écoulement. C’est pourquoi, pour permettre de mieux appréhender l’ampleur des
éventuelles interactions entre les structures de l’écoulement et la phase vapeur, plusieurs
approches expérimentales ont été adoptées :
La première a consisté à étudier un écoulement de Taylor Couette en régime cavitant.
Cette expérience a permis de comprendre et de quantifier l’influence que peuvent avoir les
instabilités de Taylor sur le comportement des bulles constituant la phase dispersée. La
présence des instabilités (existant en écoulement monophasique) a un impact important sur la
capture, la dislocation et la migration des bulles. La présence de la phase dispersée modifie le
régime d’écoulement pour certaines conditions de taille de bulles et de localisation conduisant
à une transition prématurée à la turbulence ou à un effet de stabilisation.
La seconde approche a consisté à caractériser les modifications engendrées par une
poche de cavitation sur l’état de la couche limite turbulente se développant sur un profil
NACA. L’étude a montré la contribution non négligeable de la phase dispersée associée à une
augmentation de la vitesse moyenne en proche paroi, à un épaississement de la couche limite,
à une réduction des effets de gradient de pression adverse et une modification notable de la
zone d’intermittence de frontière. La présence de la poche tend à augmenter l’agitation
turbulente dans le sillage immédiat de celle-ci et le mécanisme associé consiste en un apport
accru de fluide rapide qui descend en proche paroi générant une remontée de fluide lent dans
la zone logarithmique et vers l’extérieur de la couche limite (visualisé par la méthode en
quadrants).
La dernière approche plus globale (en cours de développement) s’attache quant à elle à
se placer dans une configuration particulière d’interaction non linéaire d’échelle (présence de
structures tourbillonnaires cohérentes et d’une turbulence de fond à petite échelle) et à
analyser les effets de la cavitation sur le développement d’une instabilité de type von Kaman
dans le sillage d’obstacles (de type Naca épais) à grandes incidences et à corréler la
dynamique tourbillonaire à celle de la dynamique des décollements de poches et nuages de
cavitation.