Turbulence

Auteur(s) :

Lesieur, Marcel (1945-2022) Découvrir l'auteur

Résumé

Etude de la turbulence en partant des principes généraux de la mécanique newtonienne et de la thermodynamique, illustrée de nombreux exemples. Description des principales méthodes d'essais et de simulations numériques et de leurs applications industrielles.

Éditeur(s)
- EDP sciences
Date
- DL 2013
Notes
- Bibliogr. p. [241]-255
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (XIII-266 p.) : ill.
Collections
- Collection Grenoble sciences
Sujet(s)
- Turbulence
ISBN
- 978-2-7598-1018-5
Indice
- 532 Mécanique des fluides, hydraulique
Quatrième de couverture
- Turbulence est un livre d'initiation au monde fascinant de la turbulence dans les fluides au sens général : l'eau des rivières et des océans, l'air dans le sillage des véhicules aériens ou terrestres, les granulations solaires, la tache rouge de Jupiter... On y rencontre aussi bien l'imprévisibilité introduite par Henri Poincaré que l'effet papillon du météorologue Edouard Lorenz. Le lecteur comprendra mieux la trainée aérodynamique et la diffusion des polluants dans l'environnement, ou encore les instabilités qui dégénèrent en tourbillons cohérents. Les résultats récents sont présentés et l'auteur propose même des apports sur les écoulements des fluides biologiques ou sur le défi de la turbulence pour les modèles météorologiques et climatiques.
  L'objectif de l'ouvrage est de faire comprendre les concepts et de présenter des résultats sans équations dans un domaine où il est aisé de remplir un livre de formules mathématiques. L'accent est mis fortement sur les résultats de simulations numériques. Malgré la difficulté du sujet, le style clair et précis permet une lecture agréable et on se surprend à réfléchir sur le concept de turbulence en biologie, histoire et philosophie.
  Ce livre s'adresse à un public scientifique de niveau master (en mécanique, physique, mathématiques) et bien sûr aux universitaires, chercheurs, enseignants et au public cultivé de ce niveau.
Tables des matières
- - Turbulence
  - Marcel Lesieur
  - EDP sciences
  - Chapitre 1 - Introduction 1
  - 1.1. Préambule1
  - 1.2. À la rencontre de la turbulence aérodynamique1
  - 1.3. Turbulence atmosphérique5
  - 1.4. Turbulence hydrodynamique8
  - 1.5. Turbulence océanique9
  - 1.6. Géophysique interne10
  - 1.7. Turbulence astrophysique11
  - 1.8. Fluides du corps humain14
  - 1.9. Turbulence, imprédictabilité et chaos15
  - 1.9.1. Imprédictabilité15
  - 1.9.2. À quoi les simulations numériques servent-elles ?18
  - 1.9.3. Mélange20
  - 1.10. En conclusion21
  - Chapitre 2 - Mécanique des fluides élémentaire 23
  - 2.1. De Newton à Helmholtz et Kelvin23
  - 2.1.1. Bilans de masse et vitesse24
  - 2.1.2. Fluide newtonien25
  - 2.1.3. Dissipation et irréversibilité27
  - 2.1.4. Bilan thermodynamique28
  - 2.1.5. Transport et non-linéarité31
  - 2.1.6. Tourbillon et vorticité31
  - 2.2. Les principes de Bernoulli34
  - 2.2.1. Premier principe de Bernoulli34
  - 2.2.2. Deuxième principe de Bernoulli39
  - 2.3. Du laminaire au turbulent39
  - 2.3.1. Écoulement de Poiseuille40
  - 2.3.2. Écoulement de Couette42
  - 2.3.3. Couche limite42
  - 2.3.4. Couche de mélange44
  - 2.4. Similitude46
  - 2.5. Certains effets des fluides turbulents47
  - Chapitre 3 - Instabilités et tourbillons 49
  - 3.1. Spirales de Kelvin-Helmholtz49
  - 3.1.1. Critère de stabilité de Lord Rayleigh51
  - 3.1.2. Équation d'Orr-Sommerfeld51
  - 3.1.3. Simulation numérique bidimensionnelle52
  - 3.1.4. Tourbillons et dépressions58
  - 3.1.5. Appariements et dipôles58
  - 3.2. Les allées tourbillonnaires de von Karman59
  - 3.3. Tourbillons longitudinaux64
  - 3.3.1. Filaments tourbillonnaires64
  - 3.3.2. Tourbillons en épingle à cheveux65
  - 3.3.3. Modèle de nappes de vitesse70
  - 3.4. Effets de gravité et problèmes de climat71
  - 3.4.1. Convection thermique71
  - 3.4.2. Stratification stable78
  - Chapitre 4 - La turbulence développée 83
  - 4.1. Retour vers la transition83
  - 4.2. La théorie de Kolmogorov84
  - 4.2.1. Kolmogorov-1941 (espace physique)85
  - 4.2.2. Kolmogorov-1941 (espace de Fourier)86
  - 4.2.3. Exercice d'analyse dimensionnelle87
  - 4.2.4. Problèmes théoriques sur Kolmogorov-194187
  - 4.2.5. Vérification expérimentale88
  - 4.2.6. Vérification par modèle spectral EDQNM90
  - 4.2.7. L'échelle de Kolmogorov91
  - 4.2.8. Cascade d'hélicité92
  - 4.2.9. Intermittence interne92
  - 4.2.10. Les objets fractals94
  - 4.3. Dispersion et diffusion turbulentes96
  - 4.3.1. Loi de Richardson96
  - 4.3.2. Diffusion cohérente et incohérente97
  - 4.4. Turbulence en amortissement libre99
  - 4.5. Tourbillons cohérents100
  - 4.5.1. Couche de mélange101
  - 4.5.2. Tourbillons longitudinaux secondaires102
  - 4.5.3. Couche limite104
  - 4.5.4. Turbulence isotrope tridimensionnelle106
  - 4.5.5. Nouveaux moyens de reconnaissance des tourbillons108
  - 4.5.6. Dislocations et défauts109
  - 4.6. Turbulence bidimensionnelle113
  - 4.6.1. Tourbillons bidimensionnels114
  - 4.6.2. Turbulence bidimensionnelle : point de vue statistique116
  - 4.6.3. Dispersion à deux dimensions120
  - 4.6.4. Distribution énergétique atmosphérique120
  - Chapitre 5 - Modélisation et simulation numériques 123
  - 5.1. Turbulence et équation de Navier-Stokes123
  - 5.2. Les contraintes turbulentes de Reynolds125
  - 5.3. Viscosité turbulente128
  - 5.3.1. Longueur de mélange de Prandtl128
  - 5.3.2. Modèles K - epsilon et RANS130
  - 5.4. Modèles spectraux en turbulence isotrope131
  - 5.5. Les grands enjeux du calcul scientifique135
  - 5.5.1. Méthodes numériques des simulations directes136
  - 5.5.2. Transformée de Fourier141
  - 5.5.3. Calculateurs vectoriels et parallèles142
  - 5.6. Simulation des grandes échelles146
  - 5.6.1. SGE de la vitesse146
  - 5.6.2. SGE du scalaire passif147
  - 5.6.3. Modèles de Smagorinsky148
  - 5.6.4. SGE dans l'espace de Fourier149
  - 5.6.5. Modèles de la fonction de structure149
  - 5.7. La modélisation industrielle : passé et futur151
  - Chapitre 6 - Turbulence aérodynamique 153
  - 6.1. Introduction153
  - 6.2. Ondes sonores et chocs158
  - 6.2.1. Ondes sonores158
  - 6.2.2. Effet Doppler161
  - 6.2.3. Chocs161
  - 6.3. Aérodynamique subsonique166
  - 6.4. Aérodynamique supersonique et hypersonique172
  - 6.4.1. Couche de mélange compressible172
  - 6.4.2. Couche limite compressible178
  - 6.4.3. Avion spatial181
  - 6.5. Contrôle de turbulence184
  - 6.5.1. Contrôle dans les couches limites185
  - Chapitre 7 - Fluides de l'environnement 189
  - 7.1. Introduction189
  - 7.2. Atmosphère terrestre : généralités189
  - 7.2.1. La circulation de Hadley190
  - 7.2.2. Les alizés190
  - 7.2.3. Hautes et moyennes latitudes192
  - 7.3. Équilibre géostrophique192
  - 7.3.1. Le vent thermique196
  - 7.3.2. Conservation de la vorticité potentielle197
  - 7.4. Instabilité barocline200
  - 7.4.1. Principes de base200
  - 7.4.2. Simulations numériques202
  - 7.4.3. Avez-vous déjà vu des tempêtes anticycloniques ?204
  - 7.5. Turbulence quasi géostrophique205
  - 7.5.1. Modèles N-couches206
  - 7.5.2. Modèle à p continu207
  - 7.6. Cyclones et tornades atmosphériques207
  - 7.6.1. Les cyclones tropicaux207
  - 7.6.2. Les tornades209
  - 7.7. Rotation ou stratification à échelle moyenne211
  - 7.7.1. Pourquoi le sillage de la Soufrière est-il asymétrique ?211
  - 7.7.2. Théorème de Taylor-Proudman213
  - 7.7.3. Écoulements cisaillés tournants213
  - 7.7.4. Simulation des grandes échelles du vent sur le Grand Colon219
  - 7.8. Circulation océanique220
  - 7.8.1. Circulation moyenne dans les bassins220
  - 7.8.2. Les tourbillons océaniques222
  - 7.8.3. Les upwellings et El Niño224
  - 7.9. Géophysique interne226
  - 7.10. Jupiter226
  - Chapitre 8 - Conclusion 229
  - 8.1. L'imprédictabilité229
  - 8.2. Le mélange231
  - 8.3. Tourbillons et instabilités232
  - 8.4. Simulations et modélisations numériques235
  - 8.5. Turbulence et philosophie238
  - Bibliographie 241
  - Index 257
Origine de la notice:
- FR-751131015