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Languages: French
Types: Article
Subjects: Couche limite, Transition Bypass, Modes de Klebanoff, Stries, Croissance transitoire, Turbulence extérieure, Défauts de surface, Rugosités, 629.132, Boundary layer, Bypass transition, Klebanoff modes, Streaks, Transient growth, Free-stream turbulence, Surface defaults, Roughness elements
La détermination de la position de la transition laminaire/turbulent est un enjeu majeur de l'aérodynamique moderne. De nombreuses expériences ont montré qu'au sein de couches limites soumises à de fortes perturbations extérieures, le scénario classique de transition par ondes de Tollmien-Schlichting n'est plus valide. Dans de telles conditions, les perturbations prennent la forme de modes de Klebanoff plus communément appelés stries. Ces stries peuvent être amplifiées de façon transitoire et déclencher une transition prématurée, dite Bypass, signifiant que la transition naturelle a été court-circuitée. Le problème est qu'à l'heure actuelle, il n'existe pas de modèle permettant de prévoir cette transition Bypass. L'objectif de cette thèse est de proposer un critère de transition lorsque l'étude du mode de Tollmien-Schlichting ne fournit plus de renseignements pertinents. La première étape a consisté à déterminer les caractéristiques des stries les plus amplifiées dans une couche limite bidimensionnelle compressible ; bien que cette approche fournisse des résultats cruciaux, les stries ainsi calculées correspondent à un état optimum qui peut se révéler très éloigné de l'état physique obtenu expérimentalement. L'étape suivante a donc consisté à mettre en place un modèle, s'appuyant sur la théorie des perturbations optimales, permettant de prévoir la transition Bypass au sein de couches limites soumises à un environnement extérieur fortement perturbé. L'application du modèle à des couches limites soumises à une forte turbulence extérieure ou se développant sur des parois rugueuses a fournit des résultats pertinents aux regards des valeurs expérimentales existantes. Determination of the laminar/turbulent transition location is a major task of numerical aerodynamic. Many experiments have demonstrated that inside boundary layers subjected to high external disturbances the classical transition scenario involving the Tollmien-Schlichting waves is no longer valid. In such circumstances, perturbations take the form Klebanoff modes commonly named streaks. These streaks can be amplified in a transient way and trigger an early Bypass transition, meaning that the natural one has been short-circuited. The problem is that up to now there is no model to predict Bypass transition. This thesis aims at developing a transition criterion when the TS wave theory stops being relevant. The first step has consisted in numerically determine the characteristics of the most amplified streaks for a two-dimensional compressible boundary layer. Nonetheless, even-though this approach provides decisive results, the computed streaks correspond to an optimum state with may be different from the physic state experimentally observed. The following step has thus consists in developing a model, based on optimal perturbation theory, able to predict the Bypass transition induced by high external disturbances. Model computations concerning boundary layers subjected to high free-stream turbulence or developing on walls characterised by surface defaults provide relevant results compared to existing experimental values.

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