Experimental and physical analysis of detached and massively three-dimensional flows. Spatio-temporal structuring and sensitivity to upstream turbulence

Ce travail a pour objectif l’étude du tourbillon conique engendré à partir d’une maquette générique représentant un montant de baie de véhicule automobile. Cette structure tourbillonnaire est responsable de fortes fluctuations sur les vitres latérales et génère du bruit dans l’habitacle. Ces véhicules étant soumis à des vents turbulents, la sensibilité de la dynamique de cette structure tourbillonnaire à une turbulence amont a été étudiée, en plaçant une grille à l’entrée de la veine d’essais de la soufflerie.Les propriétés spatiales et temporelles des champs de vitesse et de pression pariétale ont été étudiées en associant simultanément la mesure de la vitesse par Stéréo-PIV haute fréquence à la mesure de pression pariétale fluctuante par capteurs déportés. Nous avons montré qu’un niveau modéré de turbulence amont (intensité : 6%) se traduit par une modification très importante de la dynamique du tourbillon et de la pression pariétale fluctuante associée. Notre conjecture est qu’en l’absence de turbulence externe, la contribution principale au Cp’ est liée à l’empreinte du coeur tourbillonnaire et du décollement secondaire induit. Au contraire, en présence de turbulence amont, la forte augmentation du Cp’ semble associée à une réponse globale de la structure tourbillonnaire.L’étude de la dynamique spatio-temporelle à partir des corrélations pression-vitesse a permis de mettre en évidence le couplage fort existant entre la dynamique de la nappe cisaillée et celle du coeur de la structure tourbillonnaire. Il existe ainsi une modulation de la fréquence de battement de la structure pilotée par la géométrie de la maquette et par les caractéristiques de la turbulence amont (intensité et échelle intégrale).This work aims to study conical vortices generated from a generic model representing the A-pillar of an automotive vehicle. This vortex structure is responsible of strong fluctuations on the side window and generates noise in the cabin. As these vehicles are subjected to the turbulent wind, the sensitivity of vortex structure dynamics to an upstream turbulence was studied by adding a grid at the test section entrance of the wind tunnel.The spatial and temporal properties of the velocity fields and the wall pressure were studied by simultaneously combining High Speed Stereo-PIV and wall fluctuating pressure measurements with distant sensors. It is shown that a moderate level of upstream turbulence (6% of intensity) results in a very significant change of the vortex dynamics and the associated wall fluctuating pressure. Our assumption is that in the absence of external turbulence, the main Cp’ contributionis linked to the footprint of the vortex core and of the induced secondary separation. On the contrary, in the presence of upstream turbulence, the strong increase of Cp’ seems to be associated with a global response of the vortex structure. The study of the spatio-temporal dynamics withpressure-velocity correlations allowed highlighting the strong coupling between the dynamics ofthe shear layer and of the core of the vortex structure. Thus, there is a modulation of the flapping frequency of the vortex controlled by the geometry of the model and by the characteristics ofthe upstream turbulence (intensity and integral length scale)