Cavités latérales en écoulement à surface libre : étude pour deux allongements
Résumé
Les cavités latérales sont des zones d'eau mortes connectées à un écoulement à surface libre. Deux cas représentatifs sur le terrain sont ceux du port fluvial et du bras mort de rivière. On s’intéresse ici à des cavités rectangulaires connectées à un écoulement uniforme. La couche de mélange qui se développe à l'interface entre l'écoulement rapide et la cavité crée la mise en mouvement de cette dernière, sous forme de cellules de recirculation horizontales. Deux cavités, de même largeur (b=30cm) mais de longueur différentes (L=b et L=3b), sont étudiées i) expérimentalement avec des champs de vitesse horizontaux mesurés à l'aide de PIV 2D et ii) numériquement à l'aide de simulation DES 3D supposant une surface libre horizontale et rigide. Les deux approches montrent que pour une cavité courte (L/b=1), une seule cellule occupe la totalité de la cavité. Pour une cavité allongée (L/b=3), deux cellules contrarotatives apparaissent. La vitesse dans la première cellule en est peu affectée, alors que la vitesse de la seconde est beaucoup plus faible. L'énergie cinétique turbulente, maximale dans la couche de mélange, est dramatiquement amortie à l'approche du centre des recirculations. Pour finir, l'analyse spectrale des données, mesurées et simulées, permet d'évaluer la distribution en fréquence des oscillations à large échelle, et de la relier à la fréquence de détachement des tourbillons au niveau de la couche de mélange.
Domaines
Mécanique [physics]
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte