Écoulements cisaillés en proche paroi : Effets macroscopiques de morphologies de surface microstructurées – Microsillon

"Contexte: - - Ce projet se place dans le cadre général des écoulements cisaillés - près d'une paroi et concerne les écoulements internes et externes. - Ce type d'écoulements se rencontre dans de nombreuses configurations - pratiques comme par exemple les ailes d'avions, les coques de bateaux, - les aubages de turbomachines, les radiateurs ventilés... Dans toutes ces - applications, la dynamique de l'écoulement en proche paroi a un impact - majeur sur les performances du système (forces de frottement, transition - turbulente, transferts thermiques, niveau de bruit). L'innovation dans - ces applications passe donc par une meilleure connaissance et maîtrise - du comportement de l'écoulement en proche paroi. - - Les travaux récents menés par les membres du projet concernent cette - thématique. Ils ont montré que la couche limite sur une plaque plane - peut être stabilisée par une rangée de petites protubérances ou que des - motifs sérigraphiés gravés en surface peuvent augmenter le transfert - thermique. Une analyse poussée de stabilité locale a permis d'identifier - les perturbations capables de retarder la transition dans l'écoulement - produit par un disque en rotation. Dans toutes ces études, la dynamique - globale du système est modifiée par application localisée de perturbations - de faible amplitude. - - Objectifs : - - Pour des écoulements en contact avec une paroi, l'objectif de ce projet - est d'agir sur la dynamique globale en utilisant une morphologie de - surface microstructurée : des "microsillons" de taille sub-millimétrique - gravés selon des motifs déterminés. - - Le champ d'application de ce travail concerne à la fois les couches - limites laminaires avant transition, où les microstructures peuvent - exploiter des instabilités spécifiques, mais aussi la couche limite - turbulente, parcourue par des structures dynamiques instables, elles - aussi sensibles aux détails fins de la paroi. - - Par une étude pleinement tridimensionnelle de la dynamique de la couche - limite, il s'agit d'identifier le rôle de la forme, de la taille, de - l'anisotropie, de l'asymétrie... du motif microstructuré. - - Description et méthodologie: - - En rassemblant dans une même équipe des compétences complémentaires, - cette étude ouvrira un nouveau secteur de recherche au LMFA, rendu - possible grâce à la création récente de l'Institut des nanotechnologies - de Lyon (INL) et de sa plateforme technologique sur le site de l'École - centrale de Lyon. Le travail proposé fait appel à des études théoriques, - expérimentales et numériques, en forte interaction. - - Comme le but est de mettre au point une méthodologie générale valable - pour une grande classe de systèmes, il faut choisir des configurations - représentatives sans trop de complexité géométrique. Le choix s'est - porté sur deux écoulements. - - (1) Couche limite sur une plaque plane - - Cette configuration bidimensionnelle présente des instabilités - visqueuses et une amplification spatiale transitoire par une dynamique - non-normale. Lorsque cet écoulement 2D est soumis à des perturbations - 3D ses propriétés de stabilité sont profondément modifiées. - - (2) Couche limite produite par un disque en rotation - - Cet écoulement est l'archétype de la couche limite tridimensionnelle. - Il est fortement instable et ses propriétés de stabilité primaire et - secondaire commencent à être bien connues. - - Les acteurs du projet ont une bonne connaissance (théorique et - expérimentale) de ces deux types d'écoulements dont il existe des - réalisations expérimentales au LMFA. - - Dans ce projet, il s'agit de mettre à profit les savoirs précédemment acquis - pour maintenant étudier les effets collectifs de microstructures gravées - en surface. Le choix de la forme et des motifs de ces structures sera - guidé par le calcul numérique des propriétés de stabilité. La réalisation - des différentes morphologies de surface sera effectuée par lithogravure - sur wafer de silicium, par la plateforme technologique de l'INL, voisine - du LMFA. - - L'évolution des di...