Simulation numérique directe de l'interaction choc/couche limite transsonique dans des conditions de séparation incipiente

L'interaction d'une onde de choc normale avec une couche limite turbulente se développant sur une plaque plane à un nombre de Mach en écoulement libre M ∞ = 1,3 et à un nombre de Reynolds Re θ ≈ 1200 (basé sur l'épaisseur de momentum de la couche limite amont) est analysée par le biais de simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes compressibles. La méthodologie de calcul est basée sur une approche hybride linéaire/pondérée fondamentalement non oscillatoire et conservative, où le changement est contrôlé par la régularité locale de la solution, afin de minimiser la dissipation numérique. Comme observé dans les expériences, le schéma d'écoulement moyen se compose d'un éventail en amont d'ondes de compression associé à l'épaississement de la couche limite, et la région supersonique est terminée par un choc presque normal, avec une courbure substantielle du choc interactif. Dans les conditions choisies, l'écoulement ne présente pas de séparation en moyenne. Cependant, la région d'interaction est caractérisée par un 'détachement transitoire intermittent' avec des zones éparses d'inversion instantanée du flux dans toute la zone d'interaction, et par la formation d'une couche de mélange turbulent, avec un relâchement instable des structures tourbillonnaires associées. Comme observé dans les interactions de chocs supersoniques, nous notons une amplification différente de la composante de contrainte de Reynolds longitudinal par rapport aux autres. En effet, l'effet du gradient de pression défavorable est de réduire la cisaillement moyen, avec une suppression subséquente des stries près du mur, et une isotropisation de la turbulence. La récupération de la couche limite après la zone d'interaction suit un processus quasi-équilibre, caractérisé par une distribution auto-similaire des propriétés du flux moyen.