Effet du soubassement : influence des pieds

Le détail de la répartition des efforts aérodynamiques montre que les pieds sont responsables pour 25.1% de la traînée (Tableau 4.4). La Figure 4.52 montre un champ instantané de norme de la vorticité dans le plan horizontal coupant les pieds à mi hauteur qui illustre bien le caractère très turbulent autour des pieds. De surcroit, l’analyse POD sur le cas de référence a montré que l’une des plus fortes zones de fluctuations de la pression est notamment située dans le soubassement, la Figure 4.53 montre ces fortes valeurs de fluctuation dans le plan horizontal à mi hauteur de garde au sol.

Les deux pieds avants et le pied central reproduisent bien un écoulement de cylindre typique. Les deux pieds arrières étant dans le sillage des trois premiers, un fort mélange de l’écoulement est constaté dans le total du sillage des cinq pieds. Les nombreuses structures ainsi créées dans le soubassement sont émises dans le sillage et viennent donc contribuer à la modification de l’écoulement du culot.

Un calcul a ainsi été réalisé en retirant les pieds afin de quantifier leurs influence sur l’écoulement, toutes les autres conditions de calcul ayant été conservées à l’identique du cas de référence (Figure 4.54) .

Figure 4.52 - Iso contour de vorticité dans un plan de coupe en Z à mi-hauteur des pieds

Figure 4.53 - Iso contour du premier mode POD de pression fluctuante

Le Tableau 4.9 répertoriant les résultats du calcul en termes de coefficient de la traînée moyenné, de coefficient de pression au culot et de contribution des pieds montre que le retrait des pieds apporte une baisse de la traînée de 30.81%. Pourtant, pour le cas de référence, la part des pieds dans la traînée est de 25,2%. Cet écart de 5% peut s’expliquer évidemment par le caractère non linéaire du comportement du fluide. Plus dans le détail, cet écart se situe dans la partie soubassement du corps, les pieds absents ne génèrent plus le ralentissement dans le soubassement du corps de Ahmed et affectent les frottements différemment, ce qui modifie la topologie du sillage.

Tableau 4.9 - Comparaisons des coefficients de traînée et contribution des pieds et du culot

Les champs de pression représentés sur la Figure 4.55 montrent que la distribution a changé avec le retrait des pieds. Sans les pieds, les minimums de pression plus élevés que pour le cas de référence forment deux lobes en partie haute du culot, et le maximum de pression se situent en partie basse, comme une réflexion axiale du cas de référence. Par ailleurs, la description de la distribution sans pieds est fortement similaire à celle présentée dans les travaux de Wassen et al [Was10] qui ne comportaient pas de pieds non plus. Le retrait des pieds modifie donc la topologie du sillage

Figure 4.55 - Comparaison des distributions de pression au culot

Cela se confirme dans les plans longitudinaux de coefficients de pression présentés sur la Figure 4.56. Les minimums de pression sont repoussés en aval du sillage, toutefois, le gradient de pression statique a dû diminuer puisque malgré la distance accrue, l’intégrale spatiale de pression au culot est quasi identique entre les deux cas. La Figure 4.57 qui représente l’énergie cinétique turbulente dans le plan longitudinal ainsi que les positions des centres tourbillonnaires moyens confirment ce repoussement en aval. D’autre part, une zone de forte fluctuation s’est créée en partie basse du sillage en aval du centre tourbillonnaire. En absence de la chute de vitesse et du taux de mélange engendré par les pieds, le retrait des pieds a entrainé un équilibrage différent du sillage. Le flux sortant plus fort en partie basse entraîne une topologie de sillage de type D shape body comme décrite dans les travaux de Pastoor et al [Pas08] et Krajnovic et al [Kra01].

Figure 4.56 - Comparaison des distributions de pression dans le sillage en Y0

Figure 4.57 - Energie cinétique turbulente dans le plan longitudinal

Enfin, la Figure 4.58 représente les densités spectrales de puissance des signaux de pression au culot. Comme spécifié dans la section 4.4, moins de pas de temps ont été résolus, et les spectres sont obtenus avec Nt=2048 points, ce qui dégrade la résolution des basses fréquences. Cependant, cela suffit à constater que sans les pieds, les basses fréquences sont retrouvées (à la résolution fréquentielle de 4Hz près), et que toutes les hautes fréquences comprises entre 200Hz et 300Hz bien présentes sur le cas de référence ont complétement disparues avec le retrait des pieds.

Figure 4.58 - Comparaison des spectres des signaux de pression au culot avec (à gauche) et sans pieds (à droite)

Ces résultats montrent comment les pieds jouent un rôle prédominant dans l’établissement des structures du sillage. Ainsi le coût de maillage supplémentaire engendré par la résolution fine nécessaire autour des pieds est pertinent si l’on souhaite pleinement capturer les phénomènes rencontrés en essais. Par ailleurs, il est certain que ces informations doivent être prises en compte pour analyser l’influence qu’une solution de contrôle peut apporter sur un sillage ‘’pré conditionné’’ par ses pieds. Toutes les solutions de contrôles présentées dans ces travaux ont été testées avec des pieds.