Analyses de stabilité globale et resolvent d'écoulements de couche limite laminaire interagissant avec des patches visco-élastiques
| Autor: | Pfister, Jean-Lou, Fabbiane, Nicolo, Marquet, Olivier |
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| Přispěvatelé: | André, Cécile |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: | |
| Popis: | The attenuation of two-dimensional, boundary-layer instabilities by a finite-length, visco-elastic patch is investigated by means of global linear stability theory. First, the modal stability properties of the coupled problem are assessed, revealing unstable fluid-elastic travelling-wave flutter modes. Second, the Tollmien-Schlichting instabilities over a rigid-wall are characterised via the analysis of the fluid resolvent operator in order to determine a baseline for the fluid-structural analysis. To investigate the effect of the elastic patch on the growth of these flow instabilities, we first consider the linear frequency response of the coupled fluid-elastic system to the dominant rigid-wall forcing modes. In the frequency range of Tollmien-Schlichting waves, the energetic flow amplification is clearly reduced. However, an amplification is observed for higher-frequencies, associated to travelling wave flutter. This increased complexity requires the analysis of the coupled fluid-structural resolvent operator; the optimal, coupled, resolvent modes confirm the attenuation of the Tollmien-Schichting instabilities, while also being able to capture the amplification at the higher frequencies. Finally, a decomposition of the fluid-structural response is proposed to reveal the wave cancellation mechanism responsible for the attenuation of the Tollmien-Schlichting waves. The visco-elastic patch, excited by the incoming rigid-wall wave, provokes a fluid-elastic wave that is out-of-phase with the former, thus reducing its amplitude. L'atténuation des instabilités bidimensionnelles de la couche limite par un patch visco-élastique de longueur finie est étudiée au moyen de la théorie de la stabilité linéaire globale. Tout d'abord, les propriétés de stabilité modale du problème couplé sont évaluées, révélant des modes instables de battement d'ondes progressives fluide-élastique. Ensuite, les instabilités de Tollmien-Schlichting sur une paroi rigide sont caractérisées par l'analyse de l'opérateur de résolvant fluide afin de déterminer une base pour l'analyse fluide-structurelle. Pour étudier l'effet du patch élastique sur la croissance de ces instabilités d'écoulement, nous considérons d'abord la réponse en fréquence linéaire du système couplé fluide-élastique aux modes de forçage dominants de la paroi rigide. Dans la gamme de fréquences des ondes de Tollmien-Schlichting, l'amplification de l'écoulement énergétique est clairement réduite. Cependant, une amplification est observée pour des fréquences plus élevées, associées au flottement des ondes progressives. Cette complexité accrue nécessite l'analyse de l'opérateur résolvant couplé fluide-structure ; les modes résolvants optimaux, couplés, confirment l'atténuation des instabilités de Tollmien-Schlichting, tout en étant capables de capturer l'amplification aux fréquences supérieures. Enfin, une décomposition de la réponse fluide-structurelle est proposée pour révéler le mécanisme d'annulation des ondes responsable de l'atténuation des ondes de Tollmien-Schlichting. Le patch visco-élastique, excité par l'onde entrante de la paroi rigide, provoque une onde fluide-élastique qui est déphasée par rapport à la première, réduisant ainsi son amplitude. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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