Effets d'une tuyère convergente sur un écoulement tournant

Effects of a converging nozzle on a rotating flow

ONERA/DAFE, 8 rue des Vertugadins, 92190 Meudon, France

Auteur de correspondance : leclaire@onera.fr

Reçu : 25 Février 2005
Accepté : 21 Mars 2005

Résumé

Nous étudions l'écoulement dans le plan de sortie d'un jet tournant à grand nombre de Reynolds généré à l'aide d'un nid d'abeilles tournant suivi d'une tuyère convergente. Des mesures fil chaud réalisées en sortie de deux tuyères de taux de contraction différents montrent l'apparition progressive de turbulence pour des valeurs identiques du taux de rotation de l'écoulement en amont des tuyères. Afin d'expliquer ce phénomène, nous étudions donc la dynamique de l'écoulement de conduite compris entre le nid d'abeilles et le plan de sortie des convergents. Un modèle stationnaire simple d'écoulement est d'abord introduit. Il montre la possibilité d'une recirculation à la paroi de la tuyère lorsque les conditions amont sont proches de la criticité, définie au sens des ondes inertielles pouvant se propager dans l'écoulement. Nous trouvons ensuite que ces solutions sont globalement stables à des perturbations axisymétriques, mais sont susceptibles d'amplifier fortement des perturbations de petite échelle initiées à l'amont de l'écoulement et suivies le long de leur trajectoire jusqu'en sortie.

Abstract

We study the flow in the exit plane of a high-Reynolds swirling jet generated with a rotating honeycomb followed by a converging nozzle. Hot-wire measurements downstream of two nozzles of different contraction ratios show that the flow progressively becomes turbulent for the same values of the swirl number characterising the flow upstream of the nozzles. To understand this phenomenon, we investigate the pipe flow located between the exit of the honeycomb and the exit plane of the nozzles. A simple stationary model is first introduced, which shows that a recirculation is likely to occur at the nozzle wall when the upstream flow is critical with respect to inertial waves. We then show that these solutions are globally stable to axisymmetric disturbances, but may strongly enhance short-scale perturbations on their trajectory from the outlet of the honeycomb to the exit plane of the nozzles.