Top Banner
Solutions stationnaires des équations de Navier- Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département de Physique Théorique Université de Genève
51

Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Dec 26, 2015

Download

Documents

Marlene Freeman
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds

Peter Wittwer Département de Physique ThéoriqueUniversité de Genève

Page 2: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

images:

R. P. Feynman, Vol. II

G. K. Batchelor, An Introduction to Fluid Mechanics

M. Van Dyke, An Album of Fluid Motion

collaborations:

Guillaume Van Baalen

Frédéric Haldi

Vincent Heuveline

Sebastian Bönisch

Page 3: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

─ Introduction to the problem ─ Asymptotic analysis

─ Applications

Page 4: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Exterior Flows

Page 5: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Navier-Stokes

Page 6: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 7: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 8: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Re=0.16

Page 9: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Re=1.54

Page 10: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Re=56.5

Page 11: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Re=118

Page 12: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Re=7000

Page 13: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 14: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 15: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Case of finite volume

Page 16: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Case of infinite volume, I

Page 17: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Case of infinite volume, II

Page 18: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Asymptotic analysis

Page 19: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Results (d=2)

Page 20: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 21: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Interpretation:

Page 22: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 23: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Results (d=3)

Page 24: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 25: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Two steps:

─ construct downstream asymptotics

dynamical system invariant manifold theory renormalization group universality

─ determines asymptotics everywhere

Page 26: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 27: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Vorticity:

Page 28: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Vorticity equation

Page 29: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 30: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Fourier transform

Page 31: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Diagonalize

Page 32: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Stable and unstable modes

Page 33: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 34: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

use contraction mapping principle

Page 35: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Large time asymptotics:

Page 36: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Two steps:

─ construct downstream asymptotics

dynamical system invariant manifold theory renormalization group universality

─ determines asymptotics everywhere

Page 37: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Determines asymptotics everywhere:

Page 38: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Applications

in collaboration with:

Sebastian BönischRolf Rannacher

Vincent Heuveline

Heidelberg & Karlsruhe

Page 39: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Adaptive boundary conditions

Page 40: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 41: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 42: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 43: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

To second order:

Page 44: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Comparison with Experiment:

Page 45: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Cloud Microphysics and Climate

M. B. Baker, SCIENCE, Vol. 276, 1997

Page 46: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Work in progress:• d=2 case with lift (numerical)

• d=2 second order asymptotics (theory)

• d=3 (numerical)

• d=2, 3: free fall problem (numerical)

• d=3 case with rotation at infinity (theory; see P. Galdi

(2005) for recent results)

Other research groups:

• d=2 time periodic (theory)

Page 47: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 48: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 49: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 50: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.
Page 51: Solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes en domaines extérieurs dans le régime des faibles nombres de Reynolds Peter Wittwer Département.

Large time asymptotics: