Passive scalar mixing in turbulent flow

Le mélange d'un scalaire passif par un écoulement turbulent est étudié. D'abord, la simulation numérique directe (DNS), la simulation des grandes échelles (LES) et des arguments dimensionnels sont employés pour étudier le spectre du flux de scalaire dans une turbulence isotrope avec un gradient moyen uniforme de scalaire. Une loi d'échelle est dérivée. Cette loi conduit à des pentes du spectre variant entre -5/3 et -7/3 en zone inertielle. De premiers résultats de LES plaident en faveur d'un comportement en K-2. Ensuite, en utilisant une fermeture en deux points (EDQNM), nous montrons qu'aux nombres de Reynolds très élevés, le spectre de flux de scalaire dans la zone intertielle se comporte en K-7/3. Ce résultat est en accord avec l'analyse dimensionnelle classique de Lumley (1967). Aux nombres de Reynolds correspondant aux expériences de laboratoire, la fermeture conduit à des spectres plus près de K-2. Nous montrons ensuite que le comportement en K-2 trouvé en LES est induit par le forçage à grande échelle. La fermeture est alors appliquée au cas des écoulements homogènes cisaillés et les spectres du flux de scalaire longitudinal et transverse sont étudiés. Le spectre du flux longitudinal est trouvé proportionnelle à K/-23/9. Ce résultat est en accord avec l'expérience mais est en désaccord avec l'analyse dimensionnelle classique. Finalement, nous montrons que le lien entre la dispersion de particules et le mélange d'un scalaire permet de formuler une fermeture en deux points et un temps qui ne nécessite l'introduction d'aucune constante dans le modèle.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF