Vendredi 9 Octobre 2009
14 h 30 salle de réunion LEA/SP2MI
Director, Institute for Flow Physics and Control
Director, Hessert Laboratory for Aerospace Research and Mechanical Engineering
University of Notre Dame, Notre Dame, USA
Invité par N. Bénard
Single Dielectric Barrier Discharge (SDBD) plasma actuators have proven to be an effective and useful means of flow control in a variety of applications. As new applications emerge, it has become increasingly important to develop a computationally efficient, yet accurate, numerical model for these plasma actuators that can be incorporated into CFD simulations. This is especially important if plasma actuators are to be a part of the initial design process of aerodynamic systems. The presentation will consider some of the popular time-dependant models for SDBD plasma actuators, along with a semi-empirical model developed at the University of Notre Dame. The models are compared with experimental observations and measurements including body force vector direction and voltage scaling. The Notre Dame body force model is further examined on the AC time scale by comparing the acoustic characteristics between a numerical simulation and experiment of a plasma actuator designed as a compact acoustic line source. Finally a number of examples of plasma flow control simulations and experiments will be presented. These will include both internal and external flows for a range of Mach numbers from incompressible to compressible.
Jeudi 16 Juillet 2009
14 h 00 salle de réunion LEA/SP2MI
LIN - Laboratory of Computational Engineering
Ecole Polytechnique de Lausanne
Lausanne, Suisse
Invité par T. Gatski
La méthode des éléments spectraux du type Lagrange Legendre est appliquée aux équations de Navier-Stokes incompressibles. La méthode de discrétisation spatiale est décrite en vue d'effectuer du calcul parallèle sur de très grands ordinateurs comprenant plusieurs milliers de processeurs. L'intégration temporelle utilise un algorithme semi-implicite du second ordre. Tous les systèmes linéaires sont résolus de manière itérative et sont préconditionné en vue d'une convergence rapide. Le calcul de la pression est détaillé. Les applications sont dans la simulation numérique directe ou la simulation des grandes échelles. Elles se font sur le problème de la cavité cubique entrainée. Le logiciel est écrit dans le cadre de la programmation par objets. On s'intéressera aux performances obtenues sur un BlueGene à 8092 processeurs. On montrera l'excellente scalabilité de la méthode.
Jeudi 14 Mai 2009
14 h 00 salle de réunion LEA/SP2MI
Department of Mathematics and Statistics
McMaster University
Hamilton, ON, Canada
Invité par L. David
In this presentation we address two problems in Flow Control, namely: (i) determination of optimal open-loop controls, and (ii) determination of closed-loop feedback control strategies with particular focus on flows past obstacles. As concerns the first problem, we show how it can be formulated as PDE-constrained optimization, where the sensitivity of the cost functional to the control can be expressed in terms of a suitably defined adjoint system. In regard to the second problem, we focus on the control of cylinder wake flows modeled by systems of point vortices, such as the Föppl system. It is demonstrated how such models can be stabilized using the Linear-Quadratic-Gaussian (LQG) approach. We prove the existence of a center manifold in the Föppl system with the closed-loop control and discuss how it affects the effectiveness of the control strategy. We will conclude with some remarks concerning the optimal control of Euler flows with finite-area vortex regions. The presentation will contain elements of rigorous mathematical analysis alongside with results of large-scale numerical computations.
Mardi 5 Mai 2009
14 h 00 salle de réunion LEA/SP2MI
Arts et Métiers ParisTech - Angers
Invité par Y. Gervais
Dans ce séminaire, nous parlerons d'une étude numérique que nous avons démarrée très récemment sur l'analyse des structures instationnaires derrière des obstacles de forme rectangulaire disposés verticalement et soumis perpendiculairement à un champ de vitesse. Nous avons montré l'existence des structures en phase et opposition de phase ainsi que celle correspondant au flip-flop en fonction de la distance entre les cylindres (D) dans le cas d'un écoulement purement dynamique. On donnera les résultats relatifs à l'analyse spectrale des signaux par FFT et des lois de corrélation des coefficients de traînée et du nombre de Strouhal en fonction de D. Lorsqu'on introduit une différence de température entre le cylindre et l'écoulement à l'infini dans le cas de la convection forcée, on montrera les résultats en termes du nombre de Nusselt toujours en fonction de D. Un deuxième problème qu'on a traité concerne le cas de deux cylindres en tandem dont on donnera quelques illustrations. Enfin on donnera les perspectives qui sont nombreuses.
Jeudi 9 Avril 2009
13 h 30 salle de réunion LEA/SP2MI
Professor and Director of Aerospace Engineering Program
Department of Mechanical and Aerospace Engineering
Syracuse University
Invité par J.P. Bonnet
This talk will introduce some experimental studies on separated vortical flows. A very canonical geometry studied, but in a unique set up, is a right-ended circular cylinder with its axis aligned in the flow direction. The flow conditions are well-defined, the length to diameter ratio and the Reynolds number, and Eiffel first measured the dependence of drag coefficient on its fineness ratio. The flow field, however, is complex due to the leading-edge separation and reattachment and lack thereof depending on the cylinder length, and three-dimensional unsteady vertical wake behind. Our test model was suspended magnetically in the wind tunnel without any hardware support and the flowfield was measured with PIV. The instantaneous current needed to keep the model in place in turn gave instantaneous 6 components of forces/moments acting on the model.
Next example is a wake of a disk and its control. Unlike the flow over a smooth curved surface, such as a sphere, controlling the flow past a sharp-edge object like a disk is challenging since the separation point/line is fixed. In this study in air and in water, the disk edge was equipped with mechanical actuators or synthetic jets, respectively. The open-loop excitation of the sear flow resulted in enhancement of helical structure and reduction of the reverse flow region as well as increased base drag.
Finally, from viewpoint of indoor air quality applications, other vortical flows in bluff-body wakes and unsteady jets will be introduced.
Mardi 7 Avril 2009
14 h salle de réunion LEA/SP2MI
Maître de Conférences à l'École Nationale Supérieure des Arts et Métiers
Invité par Y. Gervais
L'objectif de ce séminaire est double. Nous allons dans un premier temps nous intéresser à la dynamique d'écoulements fortement inhomogènes dans plus d'une direction de l'espace (typiquement deux). Pour cela nous avons développé une approche permettant de calculer la stabilité globale d'un écoulement fortement non parallèle dans une géométrie curviligne. Différents exemples d'écoulement seront présentés comme la couche limite, un décollement de couche limite, une cavité entraînée, une marche descendante ou un cylindre. Nous montrerons par exemple qu'un écoulement de couche limite décollée laminaire possède une dynamique riche même à bas nombre de Reynolds et qu'une partie de celle-ci ne peut être captée par une approche locale en raison du fort non-parallélisme de l'écoulement.
Le second objectif de ce séminaire est de présenter les premières extensions ces approches globales à des écoulements compressibles. Nous montrerons qu'en régime compressible certains phénomènes physiques observés en régimes incompressibles perdurent en régime compressible mais aussi qu'il existe de nouveaux mécanismes spécifiquement liés au régime compressible comme le rayonnement d'ondes d'instabilité. Nous montrerons que certaines ondes d'instabilités observées en champ proche ont une contribution acoustique en champ lointain.
Mardi 17 Mars 2009
10 h 30 salle de réunion LEA/SP2MI
Associate Professor of Mechanical Engineering Tufts University
Invité par T. Paillat
New Generation of Digital Microfluidic Devices
A variety of techniques have been reported to generate pressure and control fluids in microfluidic systems. In addition to using external macroscopic pressure sources to produce positive pressure, other suggested microystems that generate their own pressure ‘on-chip’ have been based on a multitude of effects including: electroosmosis electrophoresis, electromagnetism, acoustics, and thermocapillary effects. One important, and arguably the most versatile, technique that can be used to manipulate fluids on a microscale is electrowetting. In electrowetting the surface energy between a fluid and a dielectric-coated electrode can be controlled with an applied electric potential. Electrowetting is unique in that it is a direct way to control surface tension of a fluid, thus it is particularly useful for microfluidics where surface tension effects are dominant.
In this presentation, challenges and opportunities of electrowetting on dielectric (EWOT) will be summarized in the light of our recent experimental and theoretical work. We then report on design, fabrication and performance details of our newly developed micro-sized devices that use electrowetting to control and transport liquid. Using standard micro-fabrication techniques new pumping systems are developed with significantly more capability than open digital microfluidic systems often associated with electrowetting. This work demonstrates that by integrating closed microchannels and controlling liquid interfaces, pressure work can be done along the channel, resulting in the fluid pumping. Operation of two different on-chip pumps and devices that can form water drops will be presented.
Jeudi 12 Mars 2009
14 h salle de réunion LEA/SP2MI
Ingénieur chercheur au CORIA (INSA - Rouen, UMR CNRS 6614)
Invité par P. Comte
Modélisation de Sous-Maille pour la Turbulence en Région de Proche Paroi.
Deux points essentiels ont été abordés dans cette thèse : le traitement des conditions aux limites et la modélisation fine des interactions de sous-maille pour représenter, au mieux, la région de proche paroi. La formulation caractéristique des conditions aux limites a été analysée et une nouvelle procédure 3D-NSCBC est proposée qui autorise la prise en compte de l’évolution de la vitesse et de la pression dans le plan des frontières, afin d’introduire le caractère tridimensionnel de l’écoulement dans les conditions limites. Les difficultés au niveau des arêtes et des coins du maillage de calcul, liées au couplage des ondes caractéristiques voyageant le long des directions orthogonales et à l’imposition simultanée des différentes conditions aux limites, ont nécessité le développement des nouvelles formulations. Dans le cadre de la Simulation des Grandes échelles, pour reproduire correctement la dynamique de la turbulence à la paroi et pour mieux prendre en compte l’anisotropie du tenseur des contraintes de sous-maille, un modèle structural fondé sur l’hypothèse de similarité est développé pour des écoulements modérément compressibles. La reproduction du transfert local inverse d’énergie des petites échelles vers les grandes par le modèle proposé s’est révélée être un ingrédient essentiel contribuant à la représentation correcte du transport énergétique moyen dans la couche limite turbulente. Des Simulations Numériques Directes de la combustion turbulente sont discutées dans une dernière partie. Une procédure pour prendre en compte les termes sources de la chimie dans les conditions aux limites 3D-NSCBC a été développée, et les résultats obtenus sur une flamme jet prémélangée turbulente de type Bunsen utilisés pour valider un modèle permettant de reconstruire la surface de flamme tridimensionnelle à partir de mesures expérimentales bidimensionnelles.
Three-dimensional Boundary Conditions for Direct and Large-Eddy Simulation of Turbulent Flows.
Sub-Grid Scale Modeling for Near-Wall Region Turbulence.
Two main topics have been addressed within the present thesis: the treatment of boundary conditions and sub-grid scale interactions’ modeling, with particular attention to the near-wall region. The characteristic formulation of boundary conditions has been analyzed and a novel procedure 3D-NSCBC is proposed, which, accounting for the evolution of velocity and pressure on the boundary planes, allows a better representation of the three-dimensional character of the flow at the boundary. The difficulties on the edges and corners of the computational domain, related to the coupling of characteristic waves traveling along orthogonal directions and to the simultaneous imposition of different boundary conditions, have necessitated new formalisms to be developed. Within the framework of the Large-Eddy Simulation, in order to give a correct reproduction near-wall turbulence dynamics and in order to better account for the sub-grid scale stress tensor’s anisotropy, a structural model based on the similarity hypothesis has been developed for weakly compressible flows. The reproduction of local reversed energy transfer from the small scales to the big ones obtained with the proposed model, has been identified as a key mechanism for the correct representation of the average energy transfer within the turbulent boundary layer. Direct Numerical Simulations of turbulent combustion are discussed in the last section of this thesis. A procedure to account for chemical source terms in the 3D-NSCBC procedure has been developed, and the results obtained on a premixed turbulent Bunsen flame have been used to validate a model for three-dimensional flame surface reconstruction starting from two-dimensional experimental measurements.
Lundi 9 Mars 2009
13 h 30 salle de réunion LEA/SP2MI
Docteur de l'Université de Manchester
Invité par J.-P. Bonnet
On The Modelling of Anisotropic Piezoelectric Diaphragms for the Development of High Subsonic Synthetic Jet Actuators
Civil aircrafts are highly aerodynamic optimised machines. Further improvement by conventional aerodynamic development of shapes is increasingly non-cost effective. Further gains may be unlocked through the application of active flow control technologies. When it comes to technology research, industry’s primary concern from a practical perspective is compliance with aircraft integration. From a performance perspective, industry expects high flow control authority delivered within a compact, low weight, power efficient design. Piezoelectric based synthetic jet technology is developing towards achieving the right balance between these two requirements.
There is currently a high demand for a model that is able to predict the design of piezoelectric synthetic jet actuators when given a set actuation requirements. The present research represents an effort towards fulfilling this demand by investigating the physics governing the static and dynamic deflection of piezoelectric diaphragms, with the aim of understanding how geometrical and physical parameters influence the actuator operation and performance. An exhaustive mathematical study was conducted on the vibration of piezoelectric diaphragms resulting in a complete set of solutions ready for hands-on application as a diaphragm design tool. The study was then extended to a complete actuator model, where a new transfer function was proposed. An experimental campaign was conducted to validate key features of the diaphragm theory and actuator model, and assess the performance benefit imparted by the diaphragm redesign. As a result peak jet velocities of were achieved, turning high subsonic piezoelectric driven synthetic jet actuators into a reality. Moreover, the key to sonic velocity lies only on the ability to raise the chamber pressure. A concept easily conceived, but how to design the actuator to achieve such high pressures by piezoelectric means is the real ultimate challenge.
Jeudi 8 Janvier 2009
Maître de conférences au Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée (Nancy-Universités)
Invité par L. Cordier
La méthode LS-STAG : une nouvelle approche de type ``frontières immergées"/Level-Set, pour le calcul d'écoulements visqueux incompressibles en géométries complexes
Laurent Cordier Dernière modification le 15/03/2010