Large-eddy simulation of laminar transonic buffet

Simulation des grandes échelles de tremblement transsonique en régime laminaire

Julien Dandois (1) , Ivan Mary (1) , Vincent Brion (1)

1 DAAA, ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Meudon]

A large-eddy simulation of laminar transonic buffet on an airfoil at M = 0.735, alpha = 4°, Rec = 3.10^6 has been carried out. The boundary layer is laminar up to the shock foot and laminar/turbulent transition occurs in the separation bubble at the shock foot. Contrary to the turbulent case for which wall pressure spectra are characterised by well marked peaks at low frequencies (St = f.c/Uinf = 0.06-0.07, where St is the Strouhal number, f the shock oscillation frequency, c the chord length and Uinf the freestream velocity), in the laminar case, there also well marked peaks but at a much higher frequency (St = 1.2). The shock oscillation amplitude is also lower: 6% of chord and limited to the shock foot area in the laminar case instead of 20% with a whole shock oscillation and intermittent boundary layer separation and reattachment in the turbulent case. The analysis of the phase-averaged fields allowed linking the laminar buffet frequency to a separation bubble breathing phenomenon associated with a vortex shedding mechanism. These vortices are convected at Uc/Uinf = 0.4 (where Uc is the convection velocity). Since the turbulent buffet phenomenon has been explained by a global instability of the fl ow and since both the laminar and the turbulent cases exhibit well marked peaks in the spectra, a discussion on the presence of a global instability in the laminar separation bubble at the shock foot is performed.

Une simulation des grandes échelles de tremblement transsonique sur un profil en régime laminaire à un nombre de Mach de 0,735, une incidence de 4° et un nombre de Reynolds de 3.10^6 a été réalisée. La couche limite est laminaire jusqu'au choc et la transition se produit dans le bulbe de décollement en pied de choc. Contrairement au régime turbulent pour lequel les spectres de pression pariétale sont caractérisés par des pics basse fréquence (St = f.c/Uinf = 0.06-0.07 où St est le nombre de Strouhal, f la fréquence d'oscillation du choc, c la corde et Uinf la vitesse infini amont), en régime laminaire, il y a aussi des raies dans les spectres mais à bien plus haute fréquence (St = 1.2). L'amplitude d'oscillation du choc est aussi plus faible : 6% de corde avec une oscillation limitée au pied de choc contre 20% en turbulent avec une oscillation de tout le choc et un décollement intermittent entre le pied de choc et le bord de fuite. L'analyse des champs en moyenne de phase montre que le phénomène de tremblement laminaire est dû à un phénomène de respiration du bulbe de décollement en pied de choc avec un lâcher périodique de tourbillons en aval. Ces tourbillons sont convectés à la vitesse Uc/Uinf = 0.4 (où Uc est la vitesse de convection). Comme le phénomène de tremblement en régime turbulent a été expliqué par une instabilité globale et comme à la fois dans le cas laminaire et turbulent, les spectres sont caractérisés par des pics bien marqués, l'éventualité que le tremblement laminaire soit aussi dû à la présence d'une instabilité globale est discuté.

Mots clés: COMPRESSIBLE FLOWS; SHOCK WAVES; TURBULENT TRANSITION

Mots clés: TREMBLEMENT; TRANSSONIQUE; LAMINARITE

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Julien Dandois, Ivan Mary, Vincent Brion. Large-eddy simulation of laminar transonic buffet. Journal of Fluid Mechanics, 2018, 850, pp.156-178. ⟨10.1017/jfm.2018.470⟩. ⟨hal-01833195⟩