Contribution à l’analyse du sillage turbulent d’un corps épais : impact sur la traînée aérodynamique

Le décollement massif est un phénomène à l'origine de la perte de performance aérodynamique comme l'augmentation de la traînée pour un véhicule. Ce travail contribue à la compréhension des mécanismes qui contrôlent la traînée d'un véhicule simplifié, un corps épais bidimensionnel. Les équations de transport de quantité de mouvement moyen et des contraintes de Reynolds dans le sillage sont analysées à partir de la vélocimétrie obtenue par imagerie de particules. Un outil d'estimation précise du champ de pression moyen est développé, permettant la clôture du bilan de quantité de mouvement moyenne. La méthode utilise le concept de contrôle optimal pour corriger la pression, estimée à partir de la PIV, et utilisant des mesures de pression fiables et éparses. Le bilan révèle le processus d'échange de quantité de mouvement dans le sillage proche. Les composantes normales du tenseur des contraintes Reynolds jouent un rôle de source et de puits pour la traînée, tandis que la composante de cisaillement redistribue la quantité de mouvement. Les mécanismes de transport des composantes normales des contraintes de Reynolds sont abordés partiellement en décomposant les fluctuations en structures cohérentes et incohérentes. Une nouvelle méthode d'estimation de la pression des structures cohérentes est introduite. Les équations de transport des contraintes de Reynolds associées aux structures cohérent révèlent que les termes associés à la pression cohérente jouent un rôle important dans la redistribution de l'énergie. La perturbation de ce mécanisme entraîne la diminution des contraintes de Reynolds et, par conséquent, la réduction de la traînée. L'étude met également en évidence les régions qui jouent un rôle clé dans l'interaction entre l'écoulement moyen et les structures cohérentes.Flow separation is a phenomenon at the origin of aerodynamic performance-losses such as drag increase for a vehicle. This work focuses on understanding the physical mechanism driving the drag of a simplified vehicle – a 2D bluff body, by the balance of mean momentum and Reynolds stress equations in its wake. A tool for accurate estimation of mean pressure field is developed which allows the closure of the mean momentum equation. The method utilizes the concept of optimal control to correct the mean pressure, estimated from PIV-based velocity fields, using sparse reliable pressure measurements. The budget of mean momentum, along a control volume in the near wake, reveals the role and contribution of mean pressure and the Reynolds stress components to the mean drag. The normal components of the Reynolds stress tensor act as a dominant source, through the mean pressure, and a sink for the mean drag. On the other hand, the Reynolds shear stress component redistributes the momentum spatially. The mechanisms driving the normal Reynolds stresses are addressed partially by decomposing the fluctuations into coherent and incoherent contributions. A novel method of coherent pressure reconstruction is presented, allowing for the closure of the coherent Reynolds-stress transport equation. The balance shows that the coherent pressure diffusion and strain terms play key roles in redistributing the energy spatially as well as between the normal stress components. The perturbation of this mechanism leads to the decrease of coherent normal Reynolds stresses, and consequently, a drag reduction. The study also highlights the regions playing key roles in the interplay between the mean flow and the coherent structures