Transitions in Axisymmetric Turbulence

Transitions et Structures dans la Turbulence Axisymétrique La turbulence axisymétrique est un écoulement bidimensionnel trois-composantes. L’étude de ce type de turbulence est motivée par le fait que celle-ci représente la limite asymptotique des écoulements anisotropes, et qu’elle a été le sujet des investigations théoriques dans le passé. Dans ce manuscrit, la turbulence axisymétrique a étudié en géométrie fermée en utilisant des simulations numériques spectrales et pseudo-spectrales.Études antérieures concernant la génération des structures cohérentes, obtenues dans les écoulements en déclin libre, sont considérées ici dans le contexte des écoulements statistiquement stationnaires, où l’énergie est injectée soit par un forçage spectralement localisé ou par une rotation des disques en haut et en bas du cylindre. On montre que les structures observées sont conformes aux prédictions théoriques.Lorsqu’un protocole de forçage anisotrope est utilisé, une bifurcation est observée entre un état non-tourbillonnant (bidimensionnel deux-composantes, 2D2C) et un écoulement tourbillonnant turbulent (bidimensionnel trois-composante, 2D3C). Cette transition est modélisée à travers un système de deux équations différentielles ordinaires (ODE), et on montre que ce modèle retient la physique essentielle de cette transition. La transition de l’écoulement axisymétrique à un écoulement tridimensionnel (3D3C) est ensuite étudiée à l’aide d’une dimension non-entière, en introduisant de façon continue la variation azimutale dans le système. On montre que la limite 2D2C est singulière et qu’une petite variation azimutale permet une redistribution d’énergie sur les différentes composante énergétiques. Le modèle ODE est adapté pour ce système et on montre que pour l’écoulement considéré la corrélation pression-déformation est responsable d'un niveau approximativement proportionnel à la dimension non-entière. Des Simulations des Grandes Echelles sont réalisées pour évaluer la robustesse des observations à grands nombres de Reynolds.