Des chercheurs révèlent des caractéristiques multi-échelles d’hélicité dans des écoulements turbulents délimités par des parois

Une équipe de recherche de l’Institut de mécanique de l’Académie chinoise des sciences a révélé les caractéristiques multi-échelles de l’hélicité dans les écoulements turbulents délimités par des parois.

L’hélicité est un invariant non visqueux du second ordre dans la turbulence tridimensionnelle, qui joue un rôle clé dans l’évolution des systèmes turbulents. La recherche sur la théorie fondamentale de l’hélicité est importante pour améliorer les performances des moteurs d’avion, des turbines à gaz et d’autres équipements clés.

Au cours des dernières décennies, l’effet d’hélicité a été principalement utilisé pour explorer le mécanisme interne de la turbulence, mais les propriétés statistiques de l’hélicité dans la turbulence, en particulier la turbulence anisotrope, ont été rarement étudiées.

Dans cette étude, les chercheurs ont étudié les statistiques d’hélicité dans les écoulements de canaux turbulents avec une rotation dans le sens du courant à des nombres de rotation modérés et des nombres de Reynolds, y compris leurs distributions spatiales et à l’échelle, l’anisotropie et le transfert entre les échelles.

Ils ont étendu la théorie de la turbulence hélicoïdale des écoulements turbulents homogènes et isotropes aux écoulements turbulents délimités par des parois. Ils ont trouvé un nouveau pic d’hélicité dans les régions proches de la paroi, ce qui correspondait à une séparation d’échelle apparente de la distribution de l’hélicité.

Les résultats ont également montré que les interactions non linéaires de différentes échelles étaient suffisamment fortes pour maintenir les spectres d’hélicité à large bande. Les conséquences numériques ont indiqué que la cascade d’hélicité dans les écoulements turbulents délimités par des parois était dominée par le processus d’étirement du vortex.

Ces résultats fourniront une base théorique nécessaire pour des recherches plus complexes sur la théorie de la turbulence des parois tournantes et la technologie d’application.

L’étude a été publiée dans Journal de mécanique des fluides.