Simulation aux Grandes Échelles de tourbillons longitudinaux soumis à une turbulence extérieure intense PDF Download
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Author: Cristian-Emil Moldoveanu
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Category :
Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
Le but de cette thèse est d'étudier le comportement des tourbillons sous l'influence d'une turbulence extérieure. Les travaux portent tout d'abord sur les aspects concernant les tourbillons qui constitutent le sillage des avions. La validation des méthodes numériques utilisées est réalisée par comparaison entre les résultats théoriques et les résultats obtenus par simulation numérique d'un tourbillon solitaire. On a étudié le comportement d'un écoulement perturbé à l'intérieur ou à l'extérieur d'un tourbillon solitaire. L'étude de l'effet de la turbulence extérieure sur une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs a mis en évidence la compétition entre l'instabilité elliptique et l'instabilité de Crow des tourbillons. Par l'étude des interactions d'une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs au voisinage d'une paroi, on a mis en évidence le mécanisme de génération d'une couche de vorticité et le décollement des tourbillons au voisinage d'une paroi.
Author: Cristian-Emil Moldoveanu
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Category :
Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
Le but de cette thèse est d'étudier le comportement des tourbillons sous l'influence d'une turbulence extérieure. Les travaux portent tout d'abord sur les aspects concernant les tourbillons qui constitutent le sillage des avions. La validation des méthodes numériques utilisées est réalisée par comparaison entre les résultats théoriques et les résultats obtenus par simulation numérique d'un tourbillon solitaire. On a étudié le comportement d'un écoulement perturbé à l'intérieur ou à l'extérieur d'un tourbillon solitaire. L'étude de l'effet de la turbulence extérieure sur une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs a mis en évidence la compétition entre l'instabilité elliptique et l'instabilité de Crow des tourbillons. Par l'étude des interactions d'une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs au voisinage d'une paroi, on a mis en évidence le mécanisme de génération d'une couche de vorticité et le décollement des tourbillons au voisinage d'une paroi.
Author: Fabien Coppens
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Category :
Languages : fr
Pages : 207
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Book Description
Les tourbillons constituent des écoulements d'un grand intérêt aussi bien théorique que technologique. Au vu des difficultés rencontrées dans les approches expérimentale et de modélisation, on a employé les outils de simulation numérique directe (DNS) et des grandes échelles (LES) pour étudier les possibilités de développement et le devenir de la turbulence dans les tourbillons, décrits ici par un choix de modèles analytiques. Un résumé des connaissances actuelles sur la stabilité hydrodynamique des écoulements tourbillonnaires a été effectué, qui met en évidence la probable mais non évidente stabilité du tourbillon bidimensionnel, et l'existence d'une infinité de modes propres amplifiés dans le cas du tourbillon tridimensionnel défini par le modèle de Batchelor. Une simulation LES de ce dernier, dans lequel on introduit l'un des modes issus de la stabilité linéaire, a permis de décrire l'amplification d'une turbulence développée. L'évolution de l'instabilité entraîne une rapide résorption du champ de vitesse axiale du tourbillon, sans modification notable de la vitesse tangentielle. Le tourbillon se retrouve alors dans une configuration stable. Une analyse statistique de l'écoulement a été effectuée, qui caractérise l'évolution des corrélations turbulentes, informations utiles pour le développement ultérieur de modèles de turbulence dans les écoulements rotatifs. Une simulation DNS du tourbillon bidimensionnel de Lamb-Oseen soumis à une perturbation aléatoire a confirmé la stabilité de cet écoulement. Il a enfin été possible de simuler l'amorce linéaire du développement de l'instabilité de Widnall. Cette instabilité résulte de l'interaction de deux tourbillons dans les phases finales d'évolution d'un sillage d'avion, et peut contribuer à accélérer sa dispersion.
Author: YVES.. DUBIEF
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 114
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CE TRAVAIL TRAITE DE LA MANIPULATION DE LA TURBULENCE DES ECOULEMENTS PARIETAUX ET DES ECOULEMENTS DECOLLES SUR LA BASE DE SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES. UN CODE A ETE DEVELOPPE POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES DANS DES GEOMETRIES COMPLEXES GRACE A UNE COMBINAISON DE METHODES DE TYPE VOLUMES FINIS ET UNE TECHNIQUE MULTI-DOMAINES PRECISE. LA MANIPULATION DE LA TURBULENCE DE PAROI EST REALISEE DANS UN CANAL DONT UNE DES PAROIS COMPORTE DE FINES RAINURES TRANSVERSALES LARGEMENT ESPACEES. LA SIMULATION EFFECTUEE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS MESURE UNE REDUCTION DE LA TRAINEE TOTALE. L'ETUDE STATISTIQUE MONTRE UNE DIMINUTION DES TOURBILLONS COHERENTS DE PROCHE PAROI DIRECTEMENT LIES A LA GENERATION DU FROTTEMENT PARIETAL. LES INTERACTIONS ENTRE LE FLUIDE PIEGE DANS LA CAVITE ET LES TOURBILLONS SEMBLENT ETRE LA CAUSE DE CE PHENOMENE. UNE EXPERIENCE DE CONTROLE DE LA TURBULENCE MODELISANT GROSSIEREMENT CETTE INTERACTION ACCREDITE CETTE HYPOTHESE. LES EVENEMENTS LIES A L'IMPACT D'UNE COUCHE DE MELANGE SUR UNE PAROI SONT ETUDIES DANS LE CADRE D'UN ECOULEMENT TRANSSONIQUE DECOLLE AU DESSUS D'UNE CAVITE TRI-DIMENSIONNELLE. LA SIMULATION PERMET DE RETROUVER LES FREQUENCES TYPIQUES DE LA COUCHE DE MELANGE FOURNIES PAR DES DONNEES EXPERIMENTALES. LES VISUALISATIONS INSTANTANEES METTENT EN VALEUR LA RELATION ENTRE LES TOURBILLONS CREES PAR LE DECOLLEMENT ET DES EVENEMENTS VIOLENTS DE LA PRESSION PARIETALE QUI PEUVENT PRODUIRE DES VIBRATIONS STRUCTURELLES. EN COMPLEMENT A CES TRAVAUX, UNE ETUDE COMPARATIVE EST MENEE SUR L'APPLICATION D'UNE PROCEDURE DYNAMIQUE AUX MODELES SOUS-MAILLE UTILISES POUR LES ECOULEMENTS DE PAROI. UNE METHODE DE GENERATION DE LA TURBULENCE EST EGALEMENT TESTEE POUR LES COUCHES LIMITES COMPRESSIBLES.
Author: GERALD.. URBIN
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Languages : fr
Pages : 174
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CETTE ETUDE DEMONTRE LES POTENTIALITES DE LA TECHNIQUE NUMERIQUE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES POUR DECRIRE ET COMPRENDRE LA DYNAMIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE. ELLE S'INTERESSE PLUS PARTICULIEREMENT AUX ECOULEMENTS DE JET LIBRE, JET CONFINE ET JETS MULTIPLES DE GRILLE A HAUTE SOLIDITE. DES SIMULATIONS SPATIALES DE LA ZONE PROCHE D'UN JET LIBRE, ROND, A HAUT NOMBRE DE REYNOLDS, SONT EFFECTUEES. MALGRE UNE EVIDENTE SENSIBILITE AUX CONDITIONS AMONTS, DE BONS ACCORDS ENTRE NOS PREDICTIONS STATISTIQUES ET DIFFERENTES MESURES EXPERIMENTALES SONT OBTENUS. LES MULTIPLES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES COHERENTES IMPLIQUEES DANS LA TRANSITION A LA TURBULENCE DU JET SONT RETROUVEES. ON OBSERVE, ALTERNATIVEMENT, DES TOURBILLONS DE FORME HELICOIDALE OU ANNULAIRE AXISYMETRIQUE. ON MET EGALEMENT EN EVIDENCE UN ARRANGEMENT TOURBILLONNAIRE ORIGINAL, QUI RESULTE DE L'INCLINAISON ALTERNEE ET DE L'APPARIEMENT LOCAL DE CES ANNEAUX. IL PEUT ETRE FORCE PAR UNE EXCITATION AD-HOC, CE QUI MODIFIE ALORS RADICALEMENT LE DEVELOPPEMENT DU JET. LORSQU'UNE EXCITATION AXISYMETRIQUE EST IMPOSEE, APRES QUE LES STRUCTURES ANNULAIRES SE SOIENT FORMEES, DES PAIRES DE TOURBILLONS LONGITUDINAUX CONTRA-ROTATIFS APPARAISSENT ET CREENT DES JETS LATERAUX. LEUR NATURE, ET LEUR PRESENCE DANS LE CAS D'UNE EXCITATION HELICOIDALE, SONT DISCUTEES. UNE METHODE EFFICACE POUR CONTROLER LEUR NOMBRE EST DEVELOPPEE. ON S'INTERESSE ENSUITE AU PHENOMENE PERIODIQUE TRES BASSE FREQUENCE DE RETARD-AVANCE DE TRANSITION A LA TURBULENCE QUI SE DEVELOPPE DANS LE JET CONFINE ET LES JETS MULTIPLES DE GRILLE (PHENOMENE GENERIQUE A DE NOMBREUX ECOULEMENTS). IL S'AVERE DEPENDRE, NON SEULEMENT DES CARACTERISTIQUES DES ZONES DE RECIRCULATIONS (PRE-TRANSITION) MAIS EGALEMENT DE L'ECOULEMENT PLUS EN AVAL (ZONE DE STAGNATION POST-TRANSITION, EFFET DE PRESSION). ON MET EN EVIDENCE, DES LA GRILLE, DES MOUVEMENTS TRANSVERSAUX ET A GRANDE ECHELLE, DE FLUIDE. UNE INTERPRETATION DU PHENOMENE EST PROPOSEE.
Author: Frédéric Péneau
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Languages : fr
Pages : 228
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La simulation des grandes échelles d'une couche limite turbulente se développant spatialement est effectuée à l'aide d'un modèle dynamique-mixte. L'influence d'un champ de turbulence extérieure intense sur les transferts thermique et dynamique est étudiée. Pour le cas sans turbulence extérieure, de nouvelles conditions d'entrée basées sur l'Estimation Stochastique Linéaire sont développées afin d'imposer la structure d'une couche limite pleinement turbulente dès l'entrée du domaine de calcul et ainsi d'en réduire les dimensions. La structure dynamique de l'écoulement ainsi que les statistiques locales confirment les résultats expérimentaux et ceux de Simulations Numériques Directes antérieurs. Les bilans des tensions de Reynolds sont présentés en prenant en compte l'évolution spatiale de la couche limite. Les différences observées avec la littérature sont clairement dues à l'évolution spatiale. L'analyse des corrélations et de l'évolution des statistiques au sein du domaine de calcul nous renseigne sur les précautions à prendre pour effectuer une Estimation Stochastique Linéaire de signaux d'entrées de vitesse. La corrélation spatio-temporelle entre les fluctuations latérales et longitudinales s'avère être une information importante à prendre en compte. L'influence d'une forte turbulence extérieure sur une couche limite turbulente se développant spatialement est alors étudiée. Les champs de turbulence extérieure sont générés à l'aide d'une distribution aléatoire de tourbillons d'Oseen. A partir des mêmes signaux d'entrée pour la couche limite, les évolutions du coefficient de frottement, du nombre de Stanton et des champs dynamique et thermique sont étudiées. L'impact du champ de turbulence extérieure sur le cisaillement et les profils de vitesse est faible alors qu'on observe une augmentation sensible du transfert thermique avec une modification des profils moyens de température au niveau de la zone logarithmique et du sillage. Enfin, le champ de turbulence extérieure est imposé dans la totalité de la section d'entrée et la simulation est effectuée à partir de la région du bord d'attaque. Ces simulations qui confirment des résultats expérimentaux antérieurs révèlent un mécanisme de production d'énergie dans la couche limite visqueuse perturbée à faible nombre de Reynolds et son impact sur les transferts dynamique et thermique
Author: Guillaume Balarac (chercheur en génie mécanique).)
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail porte sur l'étude par simulation numérique de jets ronds coaxiaux à fort rapport de vitesse avec une attention particulière portée sur trois aspects : la transition de ces jets vers la turbulence, le mélange dans cette configuration d'écoulement et l'influence du nombre de Reynolds sur ces deux précédents points. Dans un premier temps, nous réalisons des simulations numériques directes de jets coaxiaux à un nombre de Reynolds modéré. Ces jets générent une région de recirculation lorsque le rapport des vitesses entre les jets externe et interne dépasse une valeur critique. Les anneaux de Kelvin-Helmholtz intérieurs et extérieurs ont un développement couplé. Ils sont convectés avec une même fréquence de passage contrôlée par la couche cisaillée extérieure. Ensuite, comme pour les jets ronds, des tourbillons longitudinaux contra-rotatifs apparaissent initiant la tridimensionnalisation de l'écoulement. La région de recirculation influence les anneaux de Kelvin-Helmholtz internes en les ralentissant et en les étirant longitudinalement. Deux modèles théoriques prédisant des grandeurs globales du jet (la longueur du cône potentiel interne et la valeur du rapport de vitesse critique au-delà duquel la région de recirculation apparaît) montrent l'influence de l'épaisseur de quantité de mouvement intérieure initiale. Les propriétés de mélange ont ensuite été étudiées en résolvant l'équation de transport d'un traceur simultanément aux équations de Navier-Stokes. Les structures cohérentes de l'écoulement contrôlent le processus de mélange. Les tourbillons longitudinaux augmentent le mélange par un phénomène d'éjection du traceur en périphérie du jet. Cependant, la configuration initiale du jet montre que des poches de traceur non mélangé persistent à la fin de la transition. Les modifications des conditions d'entrée du jet diminuant ces poches sont celles qui permettent une génération plus précoce ou plus intense de structures longitudinales. C'est le cas de la région de recirculation qui étire longitudinalement les structures. De la même façon, un forçage azimutal de la couche cisaillée externe (qui domine la dynamique) améliore nettement le mélange et semble être plus performant qu'un forçage axisymétrique en ce qui concerne le mélange en champ proche. Pour finir, nous avons réalisé des simulations des grandes échelles de jets coaxiaux à hauts nombres de Reynolds. L'auto-similitude des jets coaxiaux en turbulence pleinement développée a permis une validation sur les données expérimentales. Les quantités globales des jets coaxiaux sont fortement dépendantes du nombre de Reynolds jusqu'à ce que celui-ci atteigne une valeur de l'ordre de 10000. Au-delà de cette valeur, ces quantités sont quasi-indépendantes du nombre de Reynolds en raison du phénomène de ``mixing transition'' qui implique une déstabilisation tridimensionnelle immédiate du jet. Cette déstabilisation précoce des couches cisaillées conduit la région de recirculation à un comportement instationnaire. Enfin, cela permet une nette amélioration du mélange avec un phénomène d'éjection du traceur proche de l'entrée du jet.
Author: Guillaume Balarac
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Category :
Languages : fr
Pages : 228
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Book Description
Ce travail porte sur l'étude par simulation numérique de jets ronds coaxiaux à fort rapport de vitesse avec une attention particulière portée sur trois aspects : la transition de ces jets vers la turbulence, le mélange dans cette configuration d'écoulement et l'influence du nombre de Reynolds sur ces deux précédents points. Dans un premier temps, nous réalisons des simulations numériques directes de jets coaxiaux à un nombre de Reynolds modéré. Ces jets générent une région de recirculation lorsque le rapport des vitesses entre les jets externe et interne dépasse une valeur critique. Les anneaux de Kelvin-Helmholtz intérieurs et extérieurs ont un développement couplé. Ils sont convectés avec une même fréquence de passage contrôlée par la couche cisaillée extérieure. Ensuite, comme pour les jets ronds, des tourbillons longitudinaux contra-rotatifs apparaissent initiant la tridimensionnalisation de l'écoulement. La région de recirculation influence les anneaux de Kelvin-Helmholtz internes en les ralentissant et en les étirant longitudinalement. Deux modèles théoriques prédisant des grandeurs globales du jet (la longueur du cône potentiel interne et la valeur du rapport de vitesse critique au-delà duquel la région de recirculation apparaît) montrent l'influence de l'épaisseur de quantité de mouvement intérieure initiale. Les propriétés de mélange ont ensuite été étudiées en résolvant l'équation de transport d'un traceur simultanément aux équations de Navier-Stokes. Les structures cohérentes de l'écoulement contrôlent le processus de mélange. Les tourbillons longitudinaux augmentent le mélange par un phénomène d'éjection du traceur en périphérie du jet. Cependant, la configuration initiale du jet montre que des poches de traceur non mélangé persistent à la fin de la transition. Les modifications des conditions d'entrée du jet diminuant ces poches sont celles qui permettent une génération plus précoce ou plus intense de structures longitudinales. C'est le cas de la région de recirculation qui étire longitudinalement les structures. De la même façon, un forçage azimutal de la couche cisaillée externe (qui domine la dynamique) améliore nettement le mélange et semble être plus performant qu'un forçage axisymétrique en ce qui concerne le mélange en champ proche. Pour finir, nous avons réalisé des simulations des grandes échelles de jets coaxiaux à hauts nombres de Reynolds. L'auto-similitude des jets coaxiaux en turbulence pleinement développée a permis une validation sur les données expérimentales. Les quantités globales des jets coaxiaux sont fortement dépendantes du nombre de Reynolds jusqu'à ce que celui-ci atteigne une valeur de l'ordre de 10000. Au-delà de cette valeur, ces quantités sont quasi-indépendantes du nombre de Reynolds en raison du phénomène de ``mixing transition'' qui implique une déstabilisation tridimensionnelle immédiate du jet. Cette déstabilisation précoce des couches cisaillées conduit la région de recirculation à un comportement instationnaire. Enfin, cela permet une nette amélioration du mélange avec un phénomène d'éjection du traceur proche de l'entrée du jet.
Author: Cécile Joly
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Languages : fr
Pages : 171
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Book Description
Le contexte général de cette étude concerne l’impact des traînées de condensation, ces fameux panaches blancs fréquemment observés dans le sillage des avions, sur l’atmosphère. D’un point de vue aérodynamique, la formation des traînées de condensation se caractérise par l’interaction entre un jet turbulent et un tourbillon de sillage. L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes thermiques et dynamiques mis en jeu dans cet écoulement. Ce travail repose sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes, et de conservation de l’énergie, formulées pour le cas d’un écoulement tridimensionnel, instationnaire et compressible. Deux approches sont considérées: la simulation numérique directe et la simulation des grandes échelles. Une simulation temporelle de la transition à la turbulence d’un jet rond non-isotherme est effectuée sans tenir compte du champ tourbillonnaire. A l’issue de cette simulation, un modèle de tourbillon de sillage est superposé à l’écoulement de jet. La première partie de cette thèse présente les deux approches, les différents modèles de sous-maille choisis pour les simulations des grandes échelles, ainsi que les méthodes numériques employées. La deuxième partie est consacrée à la simulation de l’écoulement de jet, et ici, l’objectif est de déterminer le modèle de sous-maille approprié à cette configuration d’écoulement. La troisième partie est dédiée à la simulation de l’interaction entre le jet et le tourbillon de sillage. Les résultats sont comparés à ceux issue d’une campagne d’essais. Les simulations ont démontré le développement de grosses structures de la turbulence autour du cœur tourbillonnaire, dans lesquelles se concentre le champ de température
Author: Cristian-Emil MOLDOVEANU
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ISBN: 9786131521980
Category :
Languages : fr
Pages : 232
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Book Description
Author: Philippe Kessler
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 110
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Book Description
LA TRANSITION A LA TURBULENCE D'ECOULEMENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE EST ETUDIEE PAR SIMULATION NUMERIQUE COMPRESSIBLE BIDIMENSIONNELLE ET TRIDIMENSIONNELLE. ON PRESENTE UNE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'UN JET ROND D'AIR, COMPAREE A UNE EXPERIENCE EN LABORATOIRE ET A UNE AUTRE SIMULATION NUMERIQUE INCOMPRESSIBLE. CETTE COMPARAISON NOUS A PERMIS DE VALIDER NOTRE OUTIL NUMERIQUE. NOUS MONTRONS UN BON ACCORD ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NOTRE SIMULATION NUMERIQUE EN ZONE TRANSITIONNELLE. ON APPLIQUE NOTRE OUTIL NUMERIQUE A UNE GEOMETRIE COMPLEXE ET INDUSTRIELLE: L'ENTREE D'AIR EN INCIDENCE. CETTE ETUDE EST EFFECTUEE AVEC UN CODE A GESTION MULTI-DOMAINE DES TRANSFERTS D'INFORMATIONS PAR METHODE AUX CARACTERISTIQUES. LES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX D'UNE EXPERIENCE FAITE AU CEAT DE POITIERS. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ, AINSI QUE LES TOURBILLONS LONGITUDINAUX, RESPONSABLES DES FLUCTUATIONS DE PRESSION AU NIVEAU DU PREMIER ETAGE DU COMPRESSEUR. ENFIN, ON A REPRODUIT UNE EXPERIENCE MAGNETOHYDRODYNAMIQUE FAITE AU LABORATOIRE MADYLAM, EN GEOMETRIE BIDIMENSIONNELLE RONDE. L'INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR UN ECOULEMENT DE MERCURE SOUMIS AUX FORCES DE LAPLACE CREE UN CISAILLEMENT AU NIVEAU DE L'ELECTRODE. ON PRESENTE UNE EVOLUTION TEMPORELLE DE LA VORTICITE ET DE LA PRESSION, AINSI QUE LES STATISTIQUES OBTENUES EN REGIME PERMANENT. NOUS MONTRONS DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS, MAIS PAR CONTRE SUR LES STATISTIQUES, NOUS SURESTIMONS LES VALEURS MOYENNES ET FLUCTUANTES. NOUS MONTRONS QUE LES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT NE SONT PAS BIDIMENSIONNELLES, MAIS DOIVENT ETRE TRIDIMENSIONNELLES
