Champs PIV moyens de l’écoulement naturel

IV.2.1.1. Champs de vitesse moyenne à Re = 1000 (U

=

0,045m/s)

La Figure 110 présente les champs moyens de vitesse longitudinale autour d’un profil NACA0015 aux incidences 0°, 5°, 10° et 16° sans forçage EHD. La vitesse amont est de 4,5 cm/s ce qui correspond à un nombre de Reynolds de 1000, soit un régime d’écoulement dit de

Reynolds ultra-bas. On peut observer que l’écoulement à 0° est attaché et correspond

vraisemblablement au régime d’écoulement ‘A’ décrit par Huang (partie I.4.3) et Wang [50]. La couche limite est laminaire et attachée sur tout le profil. On peut noter que de façon surprenante le sillage n’est pas exactement symétrique alors que le profil est parfaitement horizontal. Il est probable que ce phénomène soit lié à une légère dissymétrie de l’écoulement observée dans la veine d’essai à ce régime d’écoulement.

À 5° d’incidence, L’écoulement se caractérise par une couche limite laminaire partiellement attachée (Wang [50]). L’écoulement se détache à environ 88 % de corde et une zone de recirculation s’étend depuis ce point jusqu’au bord de fuite. On peut donc supposer que le régime d’écoulement est de type ‘B’ ou régime de tourbillon de bord de fuite (Huang [53]).

0° 5°

10° 16°

Figure 110. Champs moyens de vitesse longitudinale adimensionnée (U/Uinf) autour d’un profil NACA0015 à différents

139 Comme à 5°, la couche limite à 10° d’incidence est laminaire et partiellement attachée puisqu’elle décolle à 40 % de corde du bord d’attaque. On observe la formation d’une recirculation de bord de fuite tournant dans le sens antihoraire tandis qu’au-dessus se développe une recirculation de surface (surface vortex) tournant dans le sens horaire. Ces deux recirculations forment une large zone de recirculation moyenne s’étendant depuis le bord de fuite (à l’abscisse x/C = 0,1) sur l’extrados du profil d’aile. Les 2 structures tourbillonnaires sont probablement la marque d’un régime de type ‘B’ (régime de tourbillon

de bord de fuite) caractérisé par l’émission alternative de tourbillon de bord de fuite et de

surface dans le sillage.

À 16° d’incidence, la couche limite est laminaire et pleinement décrochée. Le sillage est caractérisé par une zone de recirculation de faible vitesse (en bleue) qui s’est fortement élargi par rapport à l’incidence précédente et comprend toujours deux recirculations contrarotatives dont l’une est située en aval du bord de fuite et l’autre est située au-dessus de la première et est plus large. La zone de recirculation au niveau de l’extrados prend naissance au point de séparation localisé à 20 % de corde du bord d’attaque. Ce régime d’écoulement est de type ‘C’ dit de séparation tourbillonnaire.

IV.2.1.2. Champs de vitesse moyenne à Re = 2222 (U

= 0,1 m/s)

La Figure 111 présente les champs moyens de vitesse longitudinale autour d’un profil NACA0015. La vitesse amont est de 10 cm/s ce qui correspond à un Reynolds de 2222 qui indique que l’on est toujours dans un régime d’écoulement laminaire. Les angles d’incidence présentés sont à nouveau de 0°, 5°, 10° et 16°. À incidence nulle, la couche limite est laminaire et attachée. Le profil de vitesse est symétrique de part et d’autre de la ligne horizontale y = 0, et l’on observe une vitesse réduite dans le sillage. Le régime d’écoulement est de type ‘A’ selon Huang [53].

À 5° d’incidence, la couche limite est laminaire et partiellement attachée, ce qui indique que le régime d’écoulement est de type ‘B’. L’écoulement est séparé depuis la mi-corde du profil (58 % de corde du bord d’attaque) et jusqu’au bord de fuite. Une petite recirculation de bord de fuite tournant dans le sens antihoraire semble se créer alors qu’elle n’était pas visible pour le cas à Re = 1000.

140

10° 16°

Figure 111. Champs moyens de vitesse longitudinale adimensionnée (U/Uinf) autour d’un profil NACA0015 à différents

angles d’incidence (Re = 2222)

À 10° d’incidence, la couche limite laminaire se sépare à 33 % de corde du bord d’attaque, ce qui semble indiquer que le régime de cet écoulement est de type ‘B’ (cf. Huang [53]) comme à l’incidence précédente. Il se caractérise par l’émission alternative de tourbillons de bord de fuite et de tourbillons de bord d’attaque. Plus précisément, on observe le développement d’une recirculation de bord de fuite de taille réduite et d’une recirculation de surface plus large.

À 16° d’incidence, et comme précédemment la couche limite est laminaire et pleinement décrochée en bord d’attaque. Les recirculations décrites précédemment sont toujours présentes mais sont plus larges, et commencent à 19 % de corde du bord d’attaque. On se trouve donc dans un régime d’écoulement de type ‘C’ (cf. Huang [53]).

IV.2.1.3. Champs de vitesse moyenne à Re = 4555 (U

=

0,205m/s)

La Figure 112 présente les champs moyens de vitesse longitudinale autour d’un profil NACA0015. La vitesse amont est de 20,5 cm/s, ce qui correspond à un nombre de Reynolds de 4555 et indique que l’on est toujours dans un régime d’écoulement laminaire spécifique aux régimes ultra-bas Reynolds. À incidence nulle, le sillage est symétrique par rapport à l’horizontale comme dans le cas précédent (Re = 2222). L’écoulement est attaché sur tout le profil et peut être considéré de type ‘A’.

À l’incidence 5°, on observe une recirculation de surface tournant dans le sens horaire. Elle est liée à un décollement de couche limite laminaire à environ 50 % de corde du bord d’attaque. La recirculation de bord de fuite n’est pas clairement visible sur cette moyenne. Cependant, l’analyse des champs de vitesse instationnaires montre que des lâchers tourbillonnaires (sens antihoraire) ont bien lieu au de bord de fuite. La zone de recirculation (en bleu) est légèrement bombée ce qui suggère l’apparition de fluctuations de la couche cisaillée (phénomène de « flapping »). On se trouve donc dans un régime d’écoulement de type ‘B’ caractérisé par l’émission alternative de tourbillons de bord de fuite et de tourbillons de surface.

141

0° 5°

10° 16°

Figure 112. Champs moyens de vitesse longitudinale adimensionnée (U/Uinf) autour d’un profil NACA0015 à différents

angles d’incidence (Re = 4555)

Pour le cas à 10° d’incidence, une large recirculation bombée et de sens horaire recouvre l’extrados du profil NACA. La forme bombée de la zone de recirculation est peut-être liée à un phénomène de battement de la couche cisaillée (« flapping »). La zone de recirculation s’étend de 28 % de corde du bord d’attaque jusqu’à l’abscisse x/C = 0,75. Contrairement au cas à Re = 2222, on n’observe pas de recirculation de sens antihoraire en aval du bord de fuite. Cependant l’analyse des champs instationnaires révèle que des tourbillons tournant dans le sens antihoraire sont émis depuis le bord de fuite. Le régime d’écoulement est de type ‘B’. À l’incidence 16°, la couche limite est laminaire et l’on observe la présence d’une zone de recirculation semblable à celle présentée à 10°, mais elle est plus large et s’étend de 21 % de corde du bord d’attaque jusqu’à l’abscisse x/C = 1,2. Aucune recirculation de bord de fuite n’est visible à cette incidence contrairement aux cas à Re = 1000 et Re = 2222. Cependant comme aux incidences à 5° et 10°, l’étude des champs instationnaires révèle la présence de tourbillons de bord de fuite tournant dans le sens antihoraire. Le type d’écoulement est de type ‘C’ dit de séparation tourbillonnaire.

Les champs moyens aux incidences 5°, 10° et 16° révèlent la présence de recirculations de sens horaire très larges tandis que les recirculations de sens antihoraire ne signent pas sur les champs moyennés en temps. La Figure 113 d’un champ instationnaire révèle la présence d’un tourbillon de bord de fuite tournant dans le sens antihoraire. Ces tourbillons de sens antihoraires ne signent pas sur les champs moyennés en temps, car ils occupent des positions aléatoires en aval du bord de fuite.

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(a) Champ moyen ^{(b) Champ instantané}

Figure 113. Champ moyen sans structure tourbillonnaire de bord de fuite (a) ; Champ instantané révélant la présence d’une structure tourbillonnaire de sens antihoraire de bord de fuite (b) ; incidence 16° ; Re = 4555