Détachement des tourbillons

Détachement des tourbillons                                                                          

     Le phénomène le plus important dans un écoulement autour d'un cylindre est le détachement tourbillonaire ou " Vortex shedding". Il est observé pour des nombres de Reynolds Re>40. Pour cette gamme de Re la couche limite autour de la surface du cylindre subit une séparation figure 1 ( ou décollement) imposée par un gradient de pression défavorable (dp/dx>0) opposé au sens de l'écoulement.

                  

                                      Figure 1: Écoulement proche de la zone de séparation         Source de l'image

         Par conséquent une couche de cisaillement (shear layer) est formée en aval du point de séparation où on trouve de nombreuses vorticités et provoque un retournement de la couche de cisaillement pour créer finalement un tourbillon A ( Vortex A). De la même manière un tourbillon (Vortex B) tournant dans le sens opposé est créé dans l'autre partie du cylindre (Fig 2).

                     

                                                               Figure 2:                     Source de l'image                                                                    

 

      Le couple de tourbillons formé précédemment devient instable pour toute petite perturbation notamment pour des Re>40. Ainsi, un tourbillon (ici le tourbillon A) grandit plus que l'autre et donc devient de plus en plus fort pour pouvoir dépasser le tourbillon B dans le sillage. Quand le grand tourbillon s'approche  des vorticités de signe opposé, celles-ci lui forcent à se détacher de sa couche limite et cela lui permet d'être transporté en aval.

     Après le détachement du tourbillon A, un autre tourbillon "C" est créé dans la même partie que A. Étant plus grand que le tourbillon C, B va être libéré de la même manière que A et l'opération se répétera de manière alternée entre les deux cotées du cylindre ce qui donnera finalement une allée de tourbillons de Karman ou allée de Bénard-Von Karman.

                                    

                                                                                 Animation: Allée de tourbillons de Karman Source de l'image

 

<--Différents types d'écoulement                                                                                                        Nombre de Strouhal-->