Outre l'aspect fondamental très riche, en particulier sur la turbulence, les écoulements tournants en présence d'un gradient thermique couvrent une large gamme d'applications industrielles et environnementales, allant des turbomachines à la géophysique, l’équipe s’intéresse aux écoulements et aux transferts thermiques de fluides confinés. L’objectif général est l’identification des mécanismes responsables de la transition vers la turbulence.
Les travaux effectués ces dernières années concernent notamment deux configurations spécifiques, en collaboration avec des laboratoires disposant de bancs expérimentaux (AOPP, Oxford UK et BTU, Cottbus-Senftenberg Allemagne):
- l’instabilité barocline dans une cavité tournant en bloc, avec un gradient de température radial perpendiculaire à l’axe de rotation;
- l’instabilité strato-rotationnelle dans une géométrie de type Taylor-Couette, avec un gradient thermique vertical positif parallèle à l’axe de rotation, générant une stratification du fluide.
Les études sont réalisées par simulations numériques directes et des grandes échelles au moyen de codes de calcul développés au laboratoire et basés sur des méthodes numériques de haute précision (approximations spectrales et différences finies compactes). Le fluide est modélisé soit par l’approximation de Boussinesq soit par l’approximation à Faible Nombre de Mach pour des écarts de température importants. Les vitesses de rotation élevées des systèmes, le confinement qui induit de très fines couches limites tridimensionnelles ainsi que le couplage de l’hydrodynamique avec le champ thermique nécessitent l'optimisation des méthodes numériques développées, incluant le calcul parallèle.
Un nouveau projet concerne l’optimisation du circuit secondaire servant au refroidissement des disques de turbine dans un moteur d’avion en conditions proches du fonctionnement réel. Cela passe avant tout par une meilleure compréhension du fort couplage entre les structures d’écoulement très complexes qui se développent dans la cavité inter-disque de compresseur Haute pression et les transferts thermiques. Nous prendrons en compte les effets radiatifs ainsi que les échanges conductifs entre les parties solides et le fluide afin d’établir un bilan thermique précis. L’étude sera réalisée par des simulations numériques directes et également des simulations des grandes échelles au moyen d’un code multidomaine. L’équipe possède par ailleurs des compétences en simulations des écoulements turbulents isothermes depuis de nombreuses années.
L’équipe a tout récemment développé une nouvelle approche orientée vers le Calcul Haute Performance (HPC) en collaboration avec le LAMPS, Université de Perpignan, France. L’objectif est de mieux adapter nos codes de calcul aux divers problèmes spécifiques rencontrés: contraintes géométriques des bancs expérimentaux, temps transitoires trop longs, coexistence d’échelles spatio-temporelles très différentes, …
