Couche Limite turbulente

[Kley]

Salut à tous,

J’ai une question qui porte sur la couche limite

La Zone laminaire débute au bord d’attaque et son épaisseur augmente à mesure que l’écoulement avance le long de la paroi.
Il se crée alors une zone de transition laminaire-turbulent après laquelle l’épaisseur de la couche limite augmente.

Pourquoi au bout d’une certaine épaisseur a-t-on une couche limite turbulente ?? (Non persistance de la couche limite laminaire)

De quel ordre de grandeur est l’épaisseur maximale que peut atteindre une couche limite.


Merci.
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[invited9d78a37]

bonjour

la transition laminaire-turbulent revient à étudier la stabilité des écoulements laminaires.
Le nombre bien connu et approprié pour quantifier ces transitions est le nombre de Reynolds.

On peut pour un même écoulement choisir différents nombres de Reynolds en fonction du choix des distances L ou vitesses caractéristiques.
Il correspond au rapport des forces inertielles favorables à la turbulence (du fait de sa nature non-linéaire) et des forces visqueuses favorables à la stabilité de l'écoulement.
pour une couche limite on peut définir le nombre lié à l'épaisseur de déplacement (ca rend compte du déficit de débit dans la couche limite, tu trouves la definition sur le net):


on observe que pour sur plaque plane, l'écoulement commence à être turbulent.

voila

[invitee0b658bd]

bonjour,
la couche limite, c'est l'interface entre le fluide "libre" et celui qui est collé sur le solide.
dans cette couche la vitesse evolue de 0 (sur le solide) à V dans le fluide "libre"
on peut envisager cette couche comme plusieurs lames qui glisseraient les unes sur les autres
la premiere "lame" étant collée sur le solide, la dernierre lame étant à la vitesse V
si on regarde ce qui se passe pour un element de lame intermediaire.
les deux faces de cet elemement de lame sont soumises à des vitesse differentes, à partir d'un moment , cet element de lame, à cause de la difference de vitesse va se mettre à tourner ( idealement former un roukeau perpendiculaire au sens de deplacement)
dés qu'un rouleau commence à se former cela devient desordonné en aval.
le point de transition va dependre de la qualité de la surface et du nombre de reynolds.
fred

[Kley]

bonjour,

( idealement former un roukeau perpendiculaire au sens de deplacement)

À courant croisé ? J’aurais cru que le rouleau se formerait plutôt parallèlement au sens de déplacement !!!

Mais pourquoi parle-t-on de couche limite si le régime y est "turbulent" ? (Régime turbulent : source d’énergie cinétiqueè 'intense' par rapport aux forces de viscosité) ce n’est pas en contradiction avec le sens d’une couche limite ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee0b658bd]

bonsoir,

À courant croisé ? J’aurais cru que le rouleau se formerait plutôt parallèlement au sens de déplacement !!!

essaie de visualiser le rond de fumée qui se forme à la sortie d'un canon .

Mais pourquoi parle-t-on de couche limite si le régime y est "turbulent" ? (Régime turbulent : source d’énergie cinétiqueè 'intense' par rapport aux forces de viscosité) ce n’est pas en contradiction avec le sens d’une couche limite ?

pas vraiment, l'ecoulement reste globalement collé au solide, c'est un phénomenne different du decrochage ou de la cavitation.
une couche limite turbulente est même plus "solidement " accrochée au solide
tu peux voir l'usage des turbulateurs en aeronautique pour maitriser les phénomènes de decrochage
fred

[invited9d78a37]

re
la couche limite est justement la zone d'interaction entre l'écoulement fluide et un obstacle solide. Comme dit précédemment il y a condition d'adhérence entre le fluide et l'obstacle solide donc la vitesse du fluide est nulle. Donc la couche limite est la zone où la vitesse du fluide va passer de 0 à (ou 99%). La condition turbulent ou non ne rentre pas en compte pour définir une couche limite. La différence vient du fait que pour l'écoulement turbulent, le raccordement couche limite- écoulement se fait pas avec la vitesse à l'infini mais avec la vitesse moyenne à l'infini.

Comme dit verdifre, le cisaillement est une condition nécessaire à la transition à la turbulence mais pas suffisante, il existe un tas d'écoulements cisaillés et laminaires. D'ailleurs toutes les couches limites sont cisaillées et possèdent souvent un rotationnel non nul (on ne peut pas utiliser Bernoulli dans la couche limite!).
Pour être plus précis pour que l'écoulement devienne instable vis à vis des perturbations , il faut que le profil des vitesses possède un point d'inflexion. Dès que l'écoulement est instable, il devient sensible aux perturbations et il peut alors se développer des instabilités type Kelvin-Helmhotz ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Instabi...lvin-Helmholtz ) comme décrit Verdifre.

[Kley]

bonsoir,

essaie de visualiser le rond de fumée qui se forme à la sortie d'un canon .

L’exemple des pales sur le lien donné par chwebij est assez évocateur du phénomène.

pas vraiment, l'ecoulement reste globalement collé au solide, c'est un phénomenne different du decrochage ou de la cavitation.
une couche limite turbulente est même plus "solidement " accrochée au solide

C’est peut être dû au fait que même dans ce cas (turbulent) un film "laminaire" persiste au contact du solide?

il existe un tas d'écoulements cisaillés et laminaires. D'ailleurs toutes les couches limites sont cisaillées et possèdent souvent un rotationnel non nul (on ne peut pas utiliser Bernoulli dans la couche limite!).

Je l’ignorais totalement
Mais, de visu peut-on faire la différence entre laminaire cisaillé et turbulent