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Séance de cours

Cascade de turbulence: Théorie de Kolmogorov

Dans cours

ME-467: Turbulence

This course provides an introduction to the physical phenomenon of turbulence, its probabilistic description and modeling approaches including RANS and LES. Students are equipped with the basic knowledge to tackle complex flow problems in science and engin ...

Description

Cette séance de cours couvre l'interprétation physique de la cascade de Richardson, la théorie de Kolmogorov avec trois hypothèses, et la relation Karman-Howarth-Monin. Il examine également le débit derrière une grille, les turbulences isotropes et les hypothèses d'homogénéité à petite échelle.

Enseignant·e

Tobias Schneider

Tobias Schneider is an assistant professor in the School of Engineering at EPFL, the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne. He received his doctoral degree in theoretical physics in 2007 from the University of Marburg in Germany working on the transition to turbulence in pipe flow. He then joined Harvard University as a postdoctoral fellow. In 2012 Tobias Schneider returned to Europe to establish an independent Max-Planck research group at the Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization in Goettingen. Since 2014, he is working at EPFL, where he teaches fluid mechanics and heads the 'Emergent Complexity in Physical Systems' laboratory. Tobias Schneider's research is focused on nonlinear mechanics with specific emphasis on spatial turbulent-laminar patterns in fluid flows transitioning to turbulence. His lab combines dynamical systems and pattern-formation theory with large-scale computer simulations. Together with his team, Schneider develops computational tools and continuation methods for studying the bifurcation structure of nonlinear differential equations such as those describing the flow of a fluid. These tools are published as open-source software at channelflow.ch. Publications: Google Scholar

Source officielle

Concepts associés (32)

Turbulence

vignette|Léonard de Vinci s'est notamment passionné pour l'étude de la turbulence. La turbulence désigne l'état de l'écoulement d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation varient constamment. Les écoulements turbulents se caractérisent donc par une apparence très désordonnée, un comportement difficilement prévisible et l'existence de nombreuses échelles spatiales et temporelles.

Homogénéité (matériau)

Un objet ou un matériau est dit homogène lorsqu'une ou plusieurs de ses propriétés est(sont) uniforme(s), c'est-à-dire a(ont) la même valeur partout dans le matériau considéré. Dans le cas contraire il est dit hétérogène. En principe il faut préciser à quelle(s) propriété(s) le qualificatif s'applique : un matériau homogène en composition est de composition uniforme (la composition chimique est la même en tous ses points), un matériau optiquement homogène est d'indice de réfraction uniforme, etc.

Principe cosmologique

La cosmologie ne peut s’envisager qu’en faisant des hypothèses simplificatrices que l’on appelle des « principes cosmologiques ». Sans cet artifice, il faudrait en effet connaître les vitesses et les positions de toutes les particules dans l’espace, ce qui est tout simplement impossible. On distingue actuellement quatre grands principes : Le principe cosmologique d'homogénéité et d'isotropie ; Le principe cosmologique parfait (ou d'équivalence temporelle) ; Le principe cosmologique global ; Le principe cosmologique de l'Univers fractal.

Problème de l'horizon

Le problème de l'horizon a été pendant longtemps un casse-tête de la cosmologie, dont il est aujourd'hui communément admis que la solution est offerte par le paradigme de l'inflation cosmique. Un paradoxe apparent se posait : comment rendre compatible l'observation du fond diffus cosmologique, qui indique qu'à très grande échelle l'Univers est homogène et isotrope, avec la contrainte issue de la relativité indiquant que certaines régions de l'Univers sont si éloignées qu'il semblerait qu'elles n'aient jamais pu échanger d'information depuis le Big Bang ? On sait depuis la découverte de l'expansion de l'Univers que des régions du cosmos aujourd'hui éloignées étaient bien plus proches par le passé.

Formation des structures

La formation des structures est le processus primordial de genèse des structures de l'observable actuel à partir d'un état dense, chaud et surtout quasiment uniforme. Comprendre ce passage de l'homogène et uniforme à une grande diversité de structures est un enjeu fondamental en cosmologie.

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