Projet ANR-12-ASTR-0017 – F-DRAINH : Réduction de traînée visqueuse par injection d'air pour l'hydrodynamique navale
Programme : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense (ASTRID) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Céline GABILLET (GIP Ecole Navale/Institut de Recherche de l'Ecole Navale)
Partenaires : Institut de Recherche de l'École Navale; Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse; Laboratoire de Mécanique de Lille
Montant : 289542.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Le projet s’inscrit dans un contexte dual : civil et militaire de contrôle actif d’écoulement pour l’hydrodynamique navale.  L’injection d’air dans la couche limite, sous la carène des navires, peut permettre de réduire localement le coefficient de frottement à la paroi de plus de 80%. On s’attend ainsi à améliorer la rapidité des navires, et à limiter leur consommation de carburant. Mais le contrôle du procédé passe par la compréhension physique du phénomène de réduction de frottement et la modélisation des interactions entre la phase gazeuse et l’écoulement porteur de liquide. 
L’objectif global du projet est le développement d’outils numériques et de modélisation pour la prédiction de la réduction de traînée par injection d’air. Le projet repose sur l’association de 3 organismes de recherche : le GIP Ecole Navale/IRENav, l’IMFT et le LML, avec des approches complémentaires numérique et expérimentale. On propose d’analyser finement les mécanismes responsables de la réduction de traînée et de procéder à des tests des paramètres d’influence pour plusieurs configurations d’écoulement sur plaque plane horizontale : couche de bulles et cavités d’air stable et instable en aval de la zone d'injection. 
Pour la couche de bulles, on analysera d’une part l’effet des bulles sur la compressibilité du liquide et l’impact sur le frottement. On analysera d’autre part l’effet de l’interaction entre les bulles et la turbulence de l’écoulement sur le frottement : en particulier la dispersion turbulente des bulles par les grosses structures turbulentes de la couche limite, la modification de la structure de la turbulence dans la zone de proche paroi et la modification de la distribution spatiale du frottement à la paroi. D’un point de vue expérimental, on procèdera à la mise en place d’une technique de mesure spécifique et originale en écoulement diphasique. D’un point de vue numérique, on procèdera à la résolution du couplage entre le fluide et les bulles à toutes les échelles de la turbulence. On testera l’influence de la taille des bulles et du taux de vide sur le frottement de paroi.
Pour la cavité d’air en configurations stable et instable, on analysera l’effet des modifications des propriétés intrinsèques du mélange par l’injection d’air et l’impact sur le frottement à la paroi en particulier l’effet de compressibilité du mélange par une approche en fluide homogène. Une attention particulière sera portée à l’analyse de la fermeture de cavité et des instabilités associées en 2D et en 3D. Les techniques expérimentales et numériques développées pour l’analyse des écoulements cavitants seront étendues à ce type d’écoulement. On testera l’influence des conditions d’écoulement externe (direction, intensité et fluctuations) sur la traînée globale et la stabilité des cavités.
A terme, l’analyse des mécanismes physiques permettra de mettre en évidence l’intérêt des différents niveaux de résolution et de couplage des modèles numériques pour la prédiction de la réduction de traînée par injection d’air sur plaque plane. Les tests paramétriques et l’étape de modélisation permettront de mettre en place des outils de prédiction, qui pourront être utiles aux industriels qui souhaitent utiliser ce type de procédé sur les coques de navire dans une démarche d’économie d’énergie ou de gain de vitesse.