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Theses Year : 2017

Closed-loop control separated flows using real-time PIV

Contrôle réactif d'écoulements décollés à l'aide de PIV temps réel

Abstract

Separated flows are ubiquitous in nature and industrial systems, such as diffusers, airfoils, air conditioning plants, moving vehicles... As the separation can strongly influence the performances of such devices, investigating their dynamics and their control is of great interest.A visual sensor developed at PMMH laboratory is first improved to measure in real time the velocity fields and its derived values for flows available in wind tunnels. Based on an optical flow algorithm from the computer vision domain, this new experimental approach makes easier parametric studies and may be used in closed-loop controls.The dynamics of the flow over a flat plate are then investigated. A system identification method - the dynamic observer - is successfully implemented to build a reduced-order model of the transient flow, which captures and predicts well the instabilities generated.Finally, the fully turbulent wake of the square-back Ahmed body is described. Dynamical system tools are applied to characterize it. Using continuous and pulsed micro-jets, different forcing strategies are analyzed. An opposition closed-loop control is implemented, tracking and driving the recirculation.
Les écoulements décollés sont omniprésents dans la nature comme dans les écoulements industriels (aérodynamique externe des véhicules, des bâtiments, écoulements autour d’aubes de turbines, aérodynamique interne dans des tuyaux...) où ils sont en général sources de nuisances (vibrations, bruit aéroacousitque, forces de traînée ou de portance). Les enjeux associés à la compréhension et à la maîtrise de tels écoulements, caractérisés par une bulle de recirculation, sont donc considérables.Un capteur "visuel" non invasif développé au laboratoire PMMH est d'abord amélioré afin d'accéder en temps réel aux champs de vitesses - et à leurs grandeurs dérivées - des écoulements rencontrés en soufflerie industrielle. Basé sur un algorithme de flot optique issu de la vision par ordinateur, cette approche expérimentale novatrice permet de faciliter les études paramétriques et peut être implémenté dans des boucles de contrôle réactif.Ensuite, les mesures obtenues pour un écoulement sur une plaque plane sont analysées dans le cadre de l'identification de système. Un modèle d’ordre réduit est alors construit par apprentissage, permettant de prédire la dynamique de la transition de la couche limite laminaire vers la turbulence.Enfin, le sillage pleinement turbulent derrière une géométrie modélisant une voiture simplifiée est caractérisé, de façon classique et en tant que système dynamique. Différentes modifications de l'écoulement à l'aide de micro-jets sont testées. Une loi de contrôle réactif consistant à suivre et forcer la recirculation est mise en œuvre avec succès.
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Dates and versions

tel-01865213 , version 1 (31-08-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01865213 , version 1

Cite

Eliott Varon. Closed-loop control separated flows using real-time PIV. Mechanics [physics.med-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2017. English. ⟨NNT : 2017PSLET008⟩. ⟨tel-01865213⟩
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