Visualisation du flux

La visualisation des écoulements ou visualisation des écoulements en dynamique des fluides est utilisée pour rendre les modèles d'écoulement visibles, afin d'obtenir des informations qualitatives ou quantitatives à leur sujet.

La visualisation des écoulements est l'art de rendre visibles les schémas d'écoulement. La plupart des fluides (air, eau, etc.) sont transparents , leurs schémas d'écoulement sont donc invisibles à l'œil nu sans méthode pour les rendre aussi visibles.

Historiquement, ces méthodes comprenaient des méthodes expérimentales. Avec le développement de modèles informatiques et de CFD simulant les processus d'écoulement (par exemple la distribution de l'air climatisé dans une nouvelle voiture), des méthodes purement informatiques ont été développées.

En dynamique des fluides expérimentale, les écoulements sont visualisés par trois méthodes :

• Visualisation de l'écoulement de surface : elle révèle les lignes de courant de l'écoulement à la limite lorsqu'une surface solide est approchée. L'huile colorée appliquée à la surface d'un modèle de soufflerie en fournit un exemple (l'huile réagit à la contrainte de cisaillement de surface et forme un motif).
• Méthodes de traçage de particules : des particules, telles que de la fumée ou des microsphères , peuvent être ajoutées à un écoulement pour suivre le mouvement du fluide. Nous pouvons éclairer les particules avec une feuille de lumière laser afin de visualiser une tranche d'un modèle d'écoulement de fluide complexe. En supposant que les particules suivent fidèlement les lignes de courant de l'écoulement, nous pouvons non seulement visualiser l'écoulement mais aussi mesurer sa vitesse en utilisant les méthodes de vélocimétrie par image de particules ou de vélocimétrie par suivi de particules . Les particules dont la densité correspond à celle de l'écoulement du fluide présenteront la visualisation la plus précise.
• Méthodes optiques : Certains écoulements révèlent leurs motifs par le biais de changements dans leur indice de réfraction optique . Ceux-ci sont visualisés par des méthodes optiques appelées ombrographe , photographie schlieren et interférométrie . Plus directement, des colorants peuvent être ajoutés aux écoulements (généralement liquides) pour mesurer les concentrations ; en utilisant généralement les techniques d'atténuation de la lumière ou de fluorescence induite par laser .

Dans la visualisation scientifique, les flux sont visualisés avec deux méthodes principales :

• Méthodes analytiques qui analysent un écoulement donné et montrent des propriétés telles que les lignes de courant, les lignes de traînées et les lignes de trajectoire . L'écoulement peut être donné soit dans une représentation finie, soit sous la forme d'une fonction lisse.
• Méthodes d'advection de texture qui « courbent » les textures (ou les images) en fonction du flux. Comme l'image est toujours finie (le flux traversant pourrait être donné comme une fonction lisse), ces méthodes visualiseront des approximations du flux réel.

En dynamique des fluides numérique, la résolution numérique des équations de base permet de connaître toutes les propriétés des fluides dans l'espace et le temps. Cette énorme quantité d'informations doit être présentée sous une forme significative. La visualisation de l'écoulement est donc aussi importante en dynamique des fluides numérique qu'expérimentale.