Caractérisation des écoulements de cavité asymétriques

Overview & Synopsis

La définition d'une cavité est simple. Il s'agit d'un espace creux, naturel ou artificiel, plus ou moins large et plus ou moins profond, fermé ou non. Il existe de nombreuses formes de cavités (rectangulaires, cylindriques) qui sont plus ou moins profondes. D'une manière plus mécanique on peut décrire une cavité comme une succession de 2 marches descendante puis montante. Alors que dans le cas d'une marche descendante, l'écoulement d'air vient recoller plus loin le long du plan horizontal, la présence d'une marche montante va créer une zone de mélange où nous allons trouver de part et d'autre une vitesse d'écoulement de cavité faible et une vitesse d'écoulement extérieur élevée. Ce cisaillement du champ de vitesse va dépendre des paramètres géométriques de la cavité: largeur, hauteur, profondeur, et finalement différence de hauteur entre parois amont et avale. Les effets liés aux écoulements de cavités sont de type aéro-acoustique (modes hydrodynamiques) et également de recirculation avec des possibilités de mise en pression de la cavité et de pompage. Historiquement l'un des premiers a avoir compris l'importance des cavités est Rossiter et plus tard Block. Ils détermineront des fréquences d'oscillation auto-entretenues pour chaque mode défini par Rossiter. Les constantes de Rossiter (gamma et kappa) permettent ainsi d'obtenir pour une largeur de cavité les fréquences des oscillations auto-entretenues. De nombreuses études expérimentales et numériques se sont focalisées sur les paramètres de largeur ou de profondeur de cavité mais peu ont étudié l'impact de la différence d'altitude entre faces amont et avale. Seul Yamamoto s'est penché sur l'influence de ce paramètre. Il a notamment regardé l'impact de Nusselt. Nous verrons plus tard dans ce mémoire les autres conséquences aussi bien fondamentales qu'industrielle. En effet, une cavité industrielle n'est que très rarement symétrique. Pour conclure sur l'importance des cavités on peut citer plusieurs exemples d'application: soute de larguage des bombardiers, toits ouvrants dans l'automobile ou encore les équipements en toiture des trains. Alors que cette présence dans de nombreux domaine n'est plus à démontrer, il n'existe que très peu d'études s'attachant à caractériser les écoulements de cavités asymétriques et à adapter la détermination des fréquences de Rossiter et Block.