Etude des structures de basse pression dans la turbulence développée
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The visualisation of the regions of low pressure in a fully developed turbulent flow using the effect of bubble migration in a pressure gradient has allowed to identify experimentally filamentary structures of large depressions. These filaments of all sizes are observed in the flow, the longest having the integral length scale of the turbulence. After their formation, they destabilize abruptly and disappear through a. Dynamic mechanism similar to vortex breakdown. The measured turbulent pressure signal displays localised depressions with a magnitude much higher (up to 15 times) than the characteristic pressure fluctuations in the flow. These depressions are produced by the core of the filaments passing on the pressure transducer and depend only on the product of the square of the injection velocity and the density of the fluid. We were able to identify the signature of the filaments on the turbulent velocity signal as the orthoradial velocity field of a Burgers vortex. Measurements of both the diameter and the peripheral velocity of filaments were performed. Just after their formation, their diameter corresponds to 10 times the Taylor microscale of the turbulence and their peripheral velocity to the injection velocity of the flow. Both these quantitative results and the visualisation experiments impose severe constraints on the possible mechanism of formation of the filaments. We propose a simple model based on a partial roll¬up of shear layers. By correlating the velocity signal with the low pressure events, we were able to measure the effect of the filaments on the velocity statistics. The measurements reveal that at the early stage of their formation as well as during their vortex breakdown, the filaments contribute to the statistic intermittericy of the velocity.
Abstract FR:
La visualisation des régions de basse pression dans la turbulence par un processus de migration de bulles a mené à l'identification expérimentale de structures filamentaires de grande dépression. Des filaments de toutes longueurs sont observés dans l'écoulement dont les plus longs ont pour longueur l'échelle intégrale de la turbulence. Après leur formation, ces filaments se déstabilisent violemment puis disparaissent au travers d'une dynamique semblable à l'éclatement tourbillonnaire. Le signal de pression de turbulence présente des pics de dépressions localisées d'amplitudes nettement plus grandes que la fluctuation caractéristique de l'écoulement (jusqu'à 15 fois). Ces dépressions sont produites par le passage du coeur des filaments sur le capteur de pression et ne dépendent que du carré de la vitesse d'injection de la turbulence multiplié par la densité du fluide. Nous avons pu aussi reconnaître la signature des filaments sur le signal de vitesse de turbulence comme étant semblable au champ de vitesse orthoradiale du vortex de Burgers. Des mesures de diamètres et de vitesses périphériques des filaments les plus longs ont pu être extraites. A la formation, leur diamètre correspond à 10 fois l'échelle de Taylor de la turbulence et leur vitesse périphérique est de l'ordre de la vitesse d'injection. L'ensemble de ces mesures ainsi que les observations imposent de sévères contraintes quant aux mécanismes probables de formations des filaments. Nous proposons un modèle simple de formation à partir de couche cisaillée. En conditionnant la mesure de vitesse par les événements de grande dépression, nous avons pu mesurer les conséquences des filaments correspondants sur la statistique de la vitesse. Ces mesures montrent qu'aussi bien dans leur état cohérent que dans leur état éclaté, les filaments contribuent au phénomène de l'intermittence statistique de la vitesse.