Turbulateur

Un turbulateur est un dispositif qui vise à transformer une couche limite laminaire en une couche limite turbulente. Un écoulement turbulent peut en effet être souhaité sur certaines surfaces porteuses de l’aile (profil aérodynamique) ou dans des applications industrielles telles que les échangeurs de chaleur et pour le mélange de fluides. Le terme «turbulateur» est appliqué à diverses applications et est utilisé comme dérivé du mot turbulent. On utilise le mot turbulateur aux États-Unis ainsi que dans d’autre pays comme une marque, comme pièce de machine utilisé entre autres dans des tambours rotatifs, des stérilisateurs, des fours à transfert de chaleur, des machines de mélange et de bouletage ainsi que des ventilateurs de déstratification pour des utilisations horticoles.

Fonctionnement
Turbulateur visant à brouiller l’émission périodique d'allée de tourbillons de Karman par la fusée sur son pas de tir.

Un turbulateur réalise (ou anticipe) la transition de la couche limite depuis le régime laminaire jusqu'au régime turbulent. En ce qui concerne les écoulements externes (écoulement sur les corps, par opposition aux écoulement à l'intérieur des corps et dans les tuyaux), le but de cette transition peut être de brouiller l'émission d'allée de tourbillons de Bénard-Karman lesquels tourbillons (créés par le vent météo) peuvent produire d'importants efforts cycliques pouvant être destructeurs (ci-contre à gauche, turbulateurs en hélice d'un projet rejeté de fusée lunaire NASA et ci-dessous turbulateur d'antenne).
Un autre but des turbulateurs peut être de faire réaliser au corps sa crise de traînée, c.-à-d. de placer l'écoulement dans la plage de Reynolds où le décollement aval n'est pas automatique (le décollement augmentant fortement son ). C'est le cas des turbulateurs installés sur des corps de trop faible longueur à faibles vitesses (Reynolds trop faibles) en particulier les balles de golf (avec leurs aspérités en creux qui sont des turbulateurs) et les ailes de modèles réduits d'avion. De même, le Reynolds des pieds de pales d'éoliennes est très bas ce qui peut obliger à l'installation de turbulateurs (encore nommés générateurs de tourbillons)(ci-dessous).

Toujours pour les écoulements externes, l'installation de turbulateurs, par la transition de la couche limite qu'ils induisent, peut induire le recollement sur des zones particulières des aéronefs (voir l'article générateur de tourbillons). Sur les planeurs, le turbulateur est souvent une mince bande en zigzag qui est placée sous l’aile (image ci-dessus) et parfois sur la dérive [1].

  • Turbulateur hélicoïdal d'antenne empêchant son sifflement.
  • Turbulateurs en pied de pales d'éolienne.
  • Turbulateurs de pied de pale d'éolienne, captés sur la route dans le Finistère (France).
  • Une balle de golf avec ses multiples alvéoles déclenchant la transition de la couche limite.
  • Prototype Grob G 102 Astir avec une bande turbulatrice sous l'aile.


Capteur de vent à ultrasons FT742-DM50 utilisant des turbulateurs pour adapter le flux d'air

Dans les anémomètres (appareil de mesure de la vitesse du vent), l'utilisation de turbulateurs réduit les imprécisions dans la mesure de la vitesse du vent causées par les transitions imprévisibles entre la couche limite laminaire et la couche limite turbulente. Ainsi, l'étalonnage du capteur de vent peut être effectué plus précisément. Étant donné que la direction du vent peut être calculée à partir d'un certain nombre de mesures de vitesse du vent, la mesure de la direction du vent est également améliorée[2].

Voir aussi


Références
  1. Maughmer, Swan et Willits, « Design and Testing of a Winglet Airfoil for Low-Speed Aircraft », Journal of Aircraft, vol. 39, no 4,‎ , p. 654–661 (DOI 10.2514/2.2978, lire en ligne)
  2. UK Patent GB2542354 Wind Sensor Housing. Inventor: Robin Strachan, Proprietor: FT Technologies Ltd. https://www.ipo.gov.uk/p-find-publication-getPDF.pdf?PatentNo=GB2542354&DocType=B&JournalNumber=6771
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