Wake feature modified by a plane mixing layer
Modifications des caractéristiques d'un sillage par une couche de mélange plane
Résumé
We try to understand the three dimensional dynamics of the flow past a cylinder embedded in a plane mixing layer. Investigation has been carried out involving miniature four hot wire probe which allows to measure simultaneously the instantaneous three velocity components. The Reynolds number was in the range 6000-9000 In a first part, we analyze mean velocity characteristics. This enable us to consider the flow as a wake perturbed by a plane mixing layer. Indeed, several modifications of the characteristics of the wake can be observed. Especially in the near wake, where the length of the eddy formation region, the base pressure coefficient and the Strouhal number have an unusual behaviour. It also appears a significant reduction in the drag, in the high-velocity side of the mixing layer. This particular aspect is linked with a secondary flow from the low- to the high velocity side of the mixing layer. These modifications are linked with a complex spectral behavior. Indeed, the wake is divided in two cells, each with a distinct, constant, shedding frequency : one in the low-velocity side of the mixing layer, the other in high-velocity side where a vortex reconnection with the major vorticity of the mixing layer takes place. Reynolds stress re-organization also show such a behaviour.
On souhaite, dans le cas particulier du cisaillement dynamique croisé couche de mélange-sillage, définir l'organisation tridimensionnelle qui en résulte et en comprendre les mécanismes. Cette étude est menée principalement à l'aide de mesures effectuées par anémométrie à 4 fil chauds. Le Reynolds médian est de 7500. On s'intéresse dans un premier temps aux grandeurs moyennes de l'écoulement. On met alors en évidence le fait que cet écoulement peut être considéré comme un sillage de cylindre perturbé par une couche de mélange plane. En effet un certain nombre de modifications des caractéristiques du sillage apparaîssent. En particulier à l'aval proche du barreau où la longueur de la zone de formation des tourbillons, le coefficient de pression de culot et le nombre de Strouhal ont une évolution a priori singulière. On constate notamment une réeduction significative de la traînée du côté haute-vitesse de la couche de mélange. Ce comportement se traduit par un écoulement secondaire qui prend majoritairement place de la basse vers la haute-vitesse de la couche de mélange. L'analyse spectrale apporte des informations sur l'organisation dynamique de l'écoulement. Les singularitées mises en évidence derrière le barreau ont une traduction spectrale plus en aval dans le sillage. Celui-ci est scindé en deux cellules de fréquence constante : une située du côté basse-vitesse de la couche de mélange et l'autre située du côté haute-vitesse, côté dans lequel une interaction entre le sillage et la couche de mélange existe. On montre que cette structuration de l'écoulement est confirmée également par la réorganisation du tenseur de Reynolds.