 | | |
| AERO0004-1 | Turbulent Flows
|
|
| Durée : | 30h Th, 30h Pr |
|
| Nombre de crédits : |
|
|
| Nom du professeur : | Vincent Terrapon |
|
Langue(s) du cours :
|
| Langue anglaise |
|
Contenus du cours :
|
| Ce cours est une introduction à la turbulence dans les écoulements incompressibles.
Son objectif est de présenter les caractéristiques principales des écoulements turbulents et comment ils se différencient des écoulements laminaires, de décrire les méthodes d'analyse utilisées pour représenter et quantifier les écoulements turbulents, et d'introduire les approches et modèles numériques les plus fréquemment utilisés en pratique.
Le cours est divisé en deux parties. La première explique les propriétés principales des écoulements turbulents à l'aide d'analyse dimensionelle, d'arguments physiques et de méthodes statistiques. En particulier, the sujets suivants sont traités:
- Différence entre diffusion moléculaire et turbulente (longueur de mélange, hypothèse de diffusion par gradient, viscosité turbulente)
- Représentation statistique de la turbulence (moyenne de Reynolds; théorie probabilistique, moyenne, variance, corrélations; contraintes de Reynolds et problème de fermeture des équations)
- Echelles dans les écoulements turbulents et leur relation avec la physique (cascade d'énergie, théorie de Kolmogorov)
- Dynamique de la turbulence (énergie cinétique; vorticité)
- Applications à des écoulements types (écoulements en cisaillement, écoulements de paroi)
- Analyse spectrale de la turbulence
La deuxième partie du cours se concentre sur les méthodes numériques qui sont utilisées en pratique pour prédire les écoulements turbulents:
- DNS - Simulations numériques directes
- RANS - Equations moyennées de Reynolds (modèles algébraiques, modèles à deux équations, modèles de contrainte de Reynolds)
- LES - Simulations des grands tourbillons (filtrage, viscosité turbulente)
La deuxième partie se base sur les propriétés et outils développés dans la première partie du cours. |
|
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
|
| A la fin du cours, les étudiants devraient être capables de:
- Connaître les propriétés principales des écoulements turbulents, leur causes et conséquences
- Identifier les échelles rélévantes dans une configuration spécifique en utilisant une analyse dimensionelle
- Utiliser les outils statistiques pour développer les équations moyennes, et pour caractériser et quantifier les écoulements turbulents
- Comprendre le rôle des termes non-linéaires dans les problèmes de stabilité, de transfère d'énergie entre échelles, et de fermeture des équations
- Développer le concept de cascade d'énergie et la théorie de Kolmogorov
- Comprendre les différences majeures entre DNS, LES et RANS, et appliquer ces méthodes numériques dans des situations concrètes
- Comprendre les hypothèses et simplifications faites dans les développement de modèles RANS,
- Connaître les différences entre les modèles RANS, leurs avantages et limitations
- Lire et comprendre la litérature classique sur la turbulence et sur les modèles de turbulence plus complexes.
|
|
Prérequis et corequis / Modules de cours optionnels recommandés :
|
| Connaissances de la méchanique des fluides (écoulements visqueux, analyse dimensionelle, ...), des méthodes statistiques (probabilités, corrélations, ...), et de mathématiques (transformation de Fourier, algèbre tensorielle, ...) |
|
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
|
| La théorie discutée en classe est illustrée à l'aide d'exercices réguliers et d'un petit projet.
Les exercices ont le but de consolider la matière vue en classe, et sont donc cotés.
A petit projet à la fin du cours donne la possibilité aux étudiants d'appliquer quelques modèles de turbulence dans un cas concret. Ce projet requiert l'utilisation de OpenFOAM. La cote est basé sur un rapport écrit et une présentation orale.
Encore à confirmer. |
|
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
|
| Le cours est donné en classe. Les exercices sont faits individuellement et indépendamment par les étudiants. |
|
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
|
| Une copie du matériel présenté est distribuée électroniquement.
Manuel de cours obligatoire:
- "Statistical Theory and Modeling for Turbulent Flows", P.A. Durbin & B.A. Pettersson Reif, 2nd edition
Lectures et manuels de référence recommandés:
- "Turbulent Flows", S.B. Pope
- "A First Course in Turbulence", H. Tennekes & J.L. Lumley
- "Turbulence Modeling for CFD", D.C. Wilcox
- "Statistical Fluid Mechanics - Mechanics of Turbulence", A.S. Monin & A.M. Yaglom
|
|
Modalités d'évaluation et critères :
|
| La cote finale du cours est basée sur
- Exercices individuels: 30%
- Rapport écrit du projet: 40%
- Présentation orale du projet: 30%
Encore à confirmer. |
|
Remarques organisationnelles :
|
| Le cours est donné en anglais |
|
Contacts :
|
| Prof. V. E. Terrapon
Tél.: +32(0)4 366 9268
E-mail: vincent.terrapon@ulg.ac.be
http://www.mtfc.ulg.ac.be/ |
|
|
| |
