Rayonnement des ondes internes de gravité. Application aux corps en mouvement - Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1991

Internal gravity wave radiation. Application to moving bodies

Rayonnement des ondes internes de gravité. Application aux corps en mouvement

Bruno Voisin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 847273

Résumé

A Green’s function-type theory is developed for the generation of linear internal waves in unbounded uniformly stratified fluids. First a synthesis about the Green’s function is proposed. Then a separate treatment is made of sources at rest, i.e. with zero mean motion, and moving sources. The direct analysis of a pulsating sphere exhibits the structure of internal wave fields, enabling the general consideration of sources at rest. The Green’s function method turns out to be primarily devoted to transient sources. For them internal waves comprise both gravity waves, depicted by the group velocity theory, and buoyancy oscillations, that is oscillations of the fluid at its resonant frequency N. Moving sources are dealt with by introducing the retarded time when the source has radiated the impulse received in a given point at a given time. An implicit equation defines the retarded time and sets the bases for the study of arbitrary motions; then this study is applied to uniform horizontal and vertical motions, with possible oscillations superposed to the former. In the framework of that theory, a second part of the thesis considers the generation of internal waves by horizontally moving bodies. Four sources must be taken into account, of which the first three are deterministic and the later is random: the body itself, the turbulent wake collapse, the propeller swirl and the turbulence itself. For each source a model is proposed. It is followed by the calculation of the radiated waves, which turn out to be ruled by two points: the finite extent of the moving body and the presence of a random component in the wave field.
A partir de la méthode des fonctions de Green une théorie est élaborée pour l’émission des ondes internes linéaires dans un fluide illimité et uniformément stratifié. Après une synthèse sur la fonction de Green sont traitées séparément les sources au repos, dont le mouvement moyen est nul, et les sources en mouvement. La résolution directe du cas d’une sphère pulsante met en évidence la structure des champs d’ondes internes et permet l’étude générale des sources au repos. La méthode des fonctions de Green s’avère essentiellement destinée aux sources transitoires. En ce cas les ondes internes comprennent deux composantes: les ondes de gravité, de propriétés prédites par la théorie de la vitesse de groupe, et les oscillations de flottaison à la fréquence de résonance N du milieu. La détermination des ondes internes engendrées par une source en mouvement s’appuie sur la notion de temps retardé, instant auquel sur sa trajectoire la source a émis l’impulsion reçue en un point donné à un instant donné. Une équation implicite définit cet instant et permet l’étude d’un mouvement quelconque, résultat général ensuite appliqué à des mouvements horizontal et vertical uniformes, éventuellement accompagné pour le premier d’oscillations. Dans un second temps la théorie est spécialisée à l’émission d’ondes internes par un corps en mouvement horizontal. Quatre sources entrent alors en jeu, dont les trois premières sont déterministes et la dernière aléatoire: le corps lui-même, l’effondrement du sillage turbulent, les remous dus aux propulseurs et la turbulence elle-même. Pour chaque source un modèle est proposé et est suivi du calcul des ondes émises, lesquelles s’avèrent régies par deux phénomènes: les dimensions finies du corps en mouvement et la présence d’une composante aléatoire.
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Citer

Bruno Voisin. Rayonnement des ondes internes de gravité. Application aux corps en mouvement. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), 1991. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01944609⟩
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