Vortex breakdown control in confined swirling flows

Confined steady flows, which display on-axis or off-axis vortex breakdown, have been numerically studied, with particular attention focused on means of controlling the vortex breakdown bubbles. Firstly, the model flow driven by one end disk of a cylindrical enclosure, which exhibits two distinct on-axis vortex bubbles, has been considered. The resulting computations revealed that, sloping slightly the stationary sidewall, beyond a threshold angle, provided an effective means of removing the secondary vortex structure, and the flow remains steady. Besides, this technique is shown to significantly modify the flow topology which displays off-axis bubbles, induced by the co-rotation of the end disks. Then, the effectiveness of adding a near-axis swirl, as suggested in recent experimental works, has been analysed numerically and found to substantially alter on-axis reverse flows. Cet article propose une étude numérique des écoulements et éclatements tourbillonnaires confinés, stationnaires, avec intérêt particulier réservé aux moyens de contrôle des zones éclatées sur ou détachées de l'axe de rotation. À cet effet, l'étude considère d'abord l'écoulement de base, présentant deux bulbes distincts, engendré par la rotation d'un seul disque d'une enceinte cylindrique. Les résultats révèlent qu'une légère inclinaison de la paroi latérale cylindrique constitue un moyen effectif de suppression des régions éclatées ; l'écoulement résultant demeure stationnaire. Par ailleurs, cette approche permet de modifier considérablement la topologie de l'écoulement avec éclatement détaché, engendré par la co-rotation des disques. Enfin, l'influence d'une circulation additionnelle, au voisinage de l'axe, suggérée par des travaux expérimentaux récents, a été analysée et son efficacité confirmée numériquement.