Experimental study of the wake of a circular cylinder embedded in a plane turbulent mixing layer
Etude expérimentale du sillage d'un barreau cylindrique se développant dans une couche de mélange plane turbulente
Résumé
In this study, we analysed the wake of a circular cylinder embedded in a plane mixing layer. Investigations were carried out involving miniature four hot wire probes. The Reynolds number was in the range 6000-9000. Through the analysis of the mean velocities and pressure on the cylinder, a singular behaviour of the wake was observed in that highly tridimensional complex flow. In the vortex formation zone, the pressure and drag coefficients were highly modified under the influence of the mixing layer. A secondary flow, taking place from the low to the high velocity side of the mixing layer, was evidenced. Spectral analysis gave complementary informations on the spacial organization of the flow, in the vortex formation zone and further downstream in the wake. The wake was splitted into two cells separated by the mixing layer, each one being characterized by a specific Strouhal number. The mixing layer was found to interact mainly with the high velocity side of the wake. Confirmations of that organization of the flow downstream of the cylinder were drawn from the study of the Reynolds stresses.
On présente une étude de l'écoulement à l'aval d'un barreau cylindrique plongé perpendiculairement à et dans une couche de mélange plane turbulente. On souhaite, dans le cas particulier de ce cisaillement dynamique croisé, 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 fils chauds. La gamme de Reynolds concernée (Re compris entre 6 000 et 9 000 de part et d'autre de la couche de mélange) est celle pour laquelle la transition laminaire-turbulent au niveau des couches cisaillées remonte vers le cylindre. 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 apparaissent. En particulier à l'aval proche du barreau où la longueur de la zone de formation des tourbillons, le coefficient de pression du culot et le nombre de Strouhal ont une évidence a priori singulière. On constate notamment une réduction significative de la traînée du côté haute-vitesse de la couche de mélange. L'analyse spectrale apporte des informations sur l'organisation dynamique de l'écoulement. Les singularités 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 situé du côté basse-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.