ANALYSE DE MODELES LAGRANGIENS DE PREDICTION DE DISPERSION TURBULENTE ET PROPOSITION D'UN MODELE INTEGRANT LA TURBULENCE VUE PAR LA PARTICULE
ANALYSE DE MODELES LAGRANGIENS DE PREDICTION DE DISPERSION TURBULENTE ET PROPOSITION D'UN MODELE INTEGRANT LA TURBULENCE VUE PAR LA PARTICULE

Author: Karine Launay

Publisher:

Published: 1998

Total Pages: 224

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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL DE THESE EST D'APPROFONDIR LA COMPREHENSION QUE L'ON A DU COMPORTEMENT QU'ADOPTE UNE PARTICULE INERTIELLE EN REPONSE AUX SOLLICITATIONS TURBULENTES ENVIRONNANTES, CECI DANS L'OPTIQUE D'AMELIORER L'APPROCHE LAGRANGIENNE DE LA DISPERSION PARTICULAIRE TURBULENTE. L'APPROCHE LAGRANGIENNE ETANT A LA BASE DE DEUX MODELES STOCHASTIQUES MAJEURS (PROCESSUS DE MONTE-CARLO ET CHAINES DE MARKOV), NOTRE DEMARCHE A CONSISTE DANS UN PREMIER TEMPS A ETUDIER LES PERFORMANCES RESPECTIVES DE CEUX-CI. LES PREDICTIONS DE DISPERSION AU SEIN D'UNE TURBULENCE STATIONNAIRE, HOMOGENE ET ISOTROPE N'APPORTANT PAS SATISFACTION ET LES ANALYSES FAITES SUR LA STRUCTURE DE CHACUN DE CES MODELES LAGRANGIENS REVELANT DES LACUNES, NOUS PROPOSONS DANS UN SECOND TEMPS UN MODELE LAGRANGIEN INTEGRANT LA TURBULENCE FLUIDE PERCUE PAR LA PARTICULE LOURDE. LES SIMULATIONS NUMERIQUES EFFECTUEES AVEC CE MODELE PROUVENT QUE LA PRISE EN COMPTE DES CARACTERISTIQUES FLUIDES PERCUES PAR LA PARTICULE CONSTITUE UNE VERITABLE AMELIORATION DE L'APPROCHE LAGRANGIENNE DANS LE SENS OU LES TROIS PRINCIPAUX EFFETS (EFFETS D'INERTIE, DE CROISEMENT DE TRAJECTOIRES ET DE CONTINUITE) CARACTERISTIQUES DE LA DISPERSION TURBULENTE DE PARTICULES LOURDES SONT RESTITUES. PAR AILLEURS, UNE CONFRONTATION A LA REALISATION EXPERIMENTALE DE WELLS ET STOCK (1983) PERMET DE VALIDER CE MODELE AMELIORE DE PREDICTION DE DISPERSION. ENFIN, UNE ETUDE QUANT A L'INFLUENCE RESPECTIVE DES FORCES NON STATIONNAIRES SUR LA DISPERSION ASYMPTOTIQUE PARTICULAIRE NOUS A PERMIS DE CONCLURE QUE, POUR UNE INTENSITE TURBULENTE ASSEZ FAIBLE ET POUR DES RAPPORTS DE MASSES VOLUMIQUES PARTICULE/FLUIDE VARIANT DE 2 A 1000, CES TERMES N'AVAIENT STATISTIQUEMENT PAS D'INFLUENCE.

MATHEMATICAL MODELLING OF ATMOSPHERIC POLLUTION
MATHEMATICAL MODELLING OF ATMOSPHERIC POLLUTION

Author: Jana Kordova-Vyhnalikova

Publisher:

Published: 1997

Total Pages: 233

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CE MEMOIRE CONCERNE LA DISPERSION TURBULENTE DE PARTICULES LOURDES AU SEIN D'UNE COUCHE LIMITE TURBULENTE. POUR CE FAIRE, UN MODELE EULERIEN D'ECOULEMENT PORTEUR A ETE COUPLE A UNE APPROCHE LAGRANGIENNE DE TRAJECTOGRAPHIE. LA PREMIERE ETAPE DANS L'ETUDE DU COMPORTEMENT DISPERSIF DE PARTICULES EST DE DISPOSER D'UNE DESCRIPTION SUFFISAMMENT PRECISE DE L'ECOULEMENT PORTEUR. LE MODELE EULERIEN PIAPBLM EST CONCU POUR SIMULER LES ECOULEMENTS TURBULENTS DE TYPE COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. CE MODELE A ETE MODIFIE POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA COUCHE LIMITE CLASSIQUE. IL A ETE COMPLETE PAR DES RELATIONS ALGEBRIQUES DEDUITES D'UNE FERMETURE AU SECOND ORDRE POUR PRENDRE EN COMPTE L'ANISOTROPIE DU FLUIDE PORTEUR ET POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA SOUS-COUCHE VISQUEUSE ET DE LA ZONE DE TAMPON. LA DEUXIEME ETAPE DE CETTE ETUDE CONCERNE LE MODELE DE TRAJECTOGRAPHIE UTILISANT UNE APPROCHE STATISTIQUE POUR LA PREDICTION DES CARACTERISTIQUES DE LA PHASE DISPERSEE. LES MODIFICATIONS APPORTEES AU MODELE CONCERNE LA SIMULATION DE LA PARTICULE FLUIDE EN RESOLVANT L'EQUATION DE LANGEVIN, LA FORCE DE PORTANCE DUE AU CISAILLEMENT, L'INFLUENCE DE LA PROXIMITE DE LA PAROI ET LES COLLISIONS PARTICULE-PAROI. LE MODELE EULERIEN-LAGRANGIEN A ETE VALIDE EN COMPARANT SES RESULTATS A CEUX D'UNE EXPERIENCE RECENTE REALISEE DANS UNE SOUFFLERIE DE TYPE EIFFEL. LES PROFILS SIMULES DE LA VITESSE MOYENNE DU FLUIDE SONT EN ACCORD AVEC LES PROFILS EXPERIMENTAUX. ON A OBSERVE L'INFLUENCE DE LA FACON DE SIMULER LA PARTICULE FLUIDE (LIEE AVEC LE PROBLEME DE LA TURBULENCE VUE PAR LA PARTICULE LOURDE) SUR LES PROFILS DE VITESSE MOYENNE ET DES ECARTS-TYPES DE LA VITESSE FLUCTUANTES DES PARTICULES LOURDES. LA COMPARAISON AVEC UNE EXPERIENCE REALISEE EN SOUFFLERIE EST CONCLUANTE. AVANT SON APPLICATION A L'OUTIL METEOROLOGIQUE, UNE ETUDE ATMOSPHERIQUE A ETE EFFECTUEE EN SUPPOSANT LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE DANS LES CONDITIONS DE STRATIFICATION STABLE.

Sur les modèles stochastiques lagrangiens de suivi de particules dans un champ turbulent et leur application en écoulements gaz-solide confinés
Sur les modèles stochastiques lagrangiens de suivi de particules dans un champ turbulent et leur application en écoulements gaz-solide confinés

Author: Anélie Pétrissans

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Published: 2001

Total Pages: 426

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Ce travail repose sur l'approche lagrangienne de la dispersion de particules par un écoulement turbulent. L'agitation instantanée du fluide à la position d'une particule est prédite par une modélisation stochastique basée sur la connaissance des coefficients d'autocorrélation des fluctuations du fluide " vu " par la particule. Le modèle aléatoire proposé ARMA(2,1) est consistant avec les formes analytiques de Wang et Stock (1993) pour les fonctions d'autocorrélation du fluide vu. Une étude paramétrique de la dispersion de particules dans un champ turbulent homogène, isotrope et stationnaire a mis en évidence qu'une forme non-linéaire de la force de traînée peut rendre l'anisotropie du mouvement des particules discrètes plus prononcée. Notre étude a été étendue vers les écoulements gaz-solide en conduite. La comparaison de plusieurs modèles de dispersion montre que dans le cas de fines particules, il est indispensable de modéliser correctement le caractère non-homogène de la turbulence.

Contribution à l'étude numérique du transport turbulent de polluants particulaires en cavité
Contribution à l'étude numérique du transport turbulent de polluants particulaires en cavité

Author: Adrian Sandu

Publisher:

Published: 1999

Total Pages: 406

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Ce travail numérique est une contribution à l'étude de la qualité de l'air liée à la présence de polluants particulaires dans les locaux. Après l'analyse physique des interactions subies par les particules injectées dans un écoulement fluide, nous avons développé un outil numérique permettant de simuler le comportement des particules dans les écoulements faiblement turbulents typiques du bâtiment, en faisant l'hypothèse que les particules n'influencent pas l'écoulement et que les interactions particule - particule peuvent être négligées. La dispersion des particules dans le fluide en écoulement est résolue par une approche lagrangienne qui consiste à simuler un certain nombre de trajectoires à partir desquelles les grandeurs moyennes caractérisant le comportement des particules sont ensuite obtenues statistiquement. Pour cela, les vitesses instantanées du fluide sont obtenues par tirages aléatoires, à partir des champs moyens de l'écoulement et des corrélations spatiales et temporelles. A ce stade du travail, nous avons testé plusieurs modèles de prédiction des caractéristiques instantanées du fluide, et nous avons retenu celui qui semblait le plus approprié à la modélisation des configurations qui nous intéressent. Pour la construction de la trajectoire d'une particule discrète on résout la relation dynamique établie à partir du bilan des forces agissant sur la particule. Les résultats obtenus dans le cas d'une turbulence de grille sont comparés à des résultats expérimentaux. Nous avons également étudié l'influence de la précision de la prédiction des caractéristiques turbulentes de l'écoulement sur la dispersion des particules, ainsi que la capacité des modèles de turbulence basés sur une décomposition en moyennes temporelles à résoudre correctement les écoulements turbulents. Finalement, le modèle de dispersion des particules a été utilisé pour caractériser la déposition de particules sur les parois dans un écoulement turbulent confiné correspondant à la configuration d'une cavité agitée.

Développement d'un modèle stochastique lagrangien
Développement d'un modèle stochastique lagrangien

Author: Christophe Michelot

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 180

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L'objectif de ce travail est de construire un modèle stochastique lagrangien de suivi de particules prenant en compte les reactions chimiques entre les constituants présents dans 1'ecoulement considère. Une présentation succincte de différents modèles cinématiques existants fait l'objet du premier chapitre. La complexité des réactions chimiques atmosphériques est mise en evidence avec l'exemple de celles concernant les oxydes d'azote. L'approche lagrangienne est ici choisie parce qu'elle semble plus appropriee que l'approche eulerienne aux phénomènes locaux que sont la diffusion moléculaire et les reactions chimiques. La modélisation de la convection en turbulence isotrope par des modèles stochastiques lagrangiens s'appuyant sur une équation de Langevin est présentée dans le second chapitre. Afin d'etablir le lien entre les formulations lagrangienne et eulerienne, l'équation de Fokker-Planck déduite du modèle à une particule et une échelle de temps sera établie. Ce modèle est appliqué au cas d'une source linéique de température placée dans une turbulence de grille. La validation est obtenue par la comparaison des résultats numériques à des données expérimentales. Le troisième chapitre commence par un résumé des différentes extensions du modèle stochastique à une particule et une échelle de temps aux écoulements turbulents inhomogènes. Le modèle de Thomson (1987) sera retenu car il apparaîtra comme le plus rigoureux moyennant les hypothèses faites. De nombreux cas de rejets non réactifs en turbulence inhomogène sont simules, ce qui permettra de mesurer l'influence de divers paramètres sur les résultats numériques. Ce chapitre se terminera par la présentation d'un nouveau modele prenant en compte les effets de flottabilité; il sera ici appliqué au cas d'une source au sol placée dans une couche limite neutre. Le dernier chapitre est consacré aux écoulements réactifs. L'approche lagrangienne à une particule a nécessité l'utilisation d'un modèle de mélange au niveau des particules suivies. La condition que le nouveau modèle doit satisfaire pour que la densité de probabilité de la concentration relaxe vers une gaussienne en turbulence isotrope, conformément aux observations expérimentales, est établie. Le nouveau modèle à une particule et une echelle de temps prenant en compte les processus de mélange est appliqué à différents cas expérimentaux de mélange entre espèces réactantes en turbulence de grille, à savoir: une couche de mélange réactive entre ozone et monoxyde d'azote; une source linéique de monoxyde d'azote dans un écoulement principal d'ozone; une source ponctuelle de monoxyde d'azote dans un écoulement principal d'ozone.

Modélisation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttes dans un écoulement turbulent instationnaire
Modélisation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttes dans un écoulement turbulent instationnaire

Author: Philippe Beard

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Published: 1994

Total Pages: 385

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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST LA MODELISATION DES ECOULEMENTS TURBULENTS DIPHASIQUES RENCONTRES DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTION. SIX METHODES DE MODELISATION LAGRANGIENNE DE LA DISPERSION DE PARTICULES SONT ETUDIEES (APPROCHE DETERMINISTE INSTATIONNAIRE ET CINQ MODELES STOCHASTIQUES). LES RESULTATS DES SIMULATIONS ONT ETE COMPARES ENTRE EUX ET A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX DANS TROIS CONFIGURATIONS DE BASE D'ECOULEMENTS TURBULENTS (TURBULENCE DE GRILLE, ZONE DE MELANGE, MARCHE DESCENDANTE). LES COMPARAISONS MONTRENT L'IMPORTANCE DES STRUCTURES INSTATIONNAIRES, ELLES CONDUISENT A LA SELECTION D'UN MODELE STOCHASTIQUE A UNE PARTICULE BASE SUR UN CRITERE TEMPOREL ET SUR UN CRITERE SPATIAL. QUATRE MODELES D'EVAPORATION D'UNE GOUTTE ISOLEE SONT DECRITS (FROSSLING, CONDUCTION INFINIE, CONDUCTION LIMITEE, CONDUCTION EFFECTIVE), PUIS COMPARES DANS DES CONDITIONS REPRESENTATIVES DES APPLICATIONS DE COMBUSTION. L'AUTO-INFLAMMATION D'UNE GOUTTE DE CARBURANT EST TRAITEE A L'AIDE DE CRITERES BASES SUR LES CARACTERISTIQUES LOCALES DE L'ECOULEMENT. LES INTERACTIONS GOUTTE-PAROI ET ENTRE GOUTTES SONT ETUDIEES A PARTIR DE LA BIBLIOGRAPHIE. LEUR IMPORTANCE EST MISE EN EVIDENCE DANS TROIS CONFIGURATIONS (ZONE DE MELANGE, MARCHE DESCENDANTE, JET MONODISPERSE). LES INTERACTIONS ENTRE LA PHASE DISPERSEE ET L'ECOULEMENT PORTEUR SONT CALCULEES A L'AIDE DE TERMES SOURCES INTRODUITS DANS LES EQUATIONS DECRIVANT LA PHASE CONTINUE. L'ASSOCIATION DE TOUS LES MODELES CONSIDERES CONDUIT A LA MISE AU POINT D'UN PROGRAMME MODULAIRE DE SIMULATION DES PRINCIPAUX PHENOMENES PHYSIQUES LIES A LA COMBUSTION D'UN CARBURANT LIQUIDE. LES RESULTATS OBTENUS GRACE A CE LOGICIEL SONT PRESENTES POUR DEUX POINTS DE FONCTIONNEMENT D'UN MODULE DE PRE-MELANGE PAUVRE (CAS TEST, CONDITIONS REELLES). LES COMPARAISONS AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DU CAS TEST MONTRENT LE BON FONCTIONNEMENT DU PROGRAMME

Analyse théorique et numérique de certains modèles de viscosité turbulente
Analyse théorique et numérique de certains modèles de viscosité turbulente

Author: Delia Jiroveanu

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Published: 2002

Total Pages: 117

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La compréhension des phénomènes turbulents représente un des problèmes majeurs actuels. Bien que les équations qui décrivent ces phénomènes soient bien connues (les équations de Navier-Stokes), leur résolution analytique ou numérique reste limitée à des écoulements en géométries simples et à des nombres de Reynolds faibles. La méthode de Simulation des Grandes Echelles (LES) est bien adaptée pour la prédiction des écoulements turbulents, sans faire appel à des moyens informatiques prohibitifs. Cette méthode consiste à ne calculer que les grandes structures d'un écoulement turbulents, l'influence des petites structures étant prise en compte via un modèle de turbulence. Trois principaux objectifs ont déterminés l'orientation de ce travail : l'étude théorique du modèle de Smagorinsky, le développement de modèles de turbulence et l'étude numérique du comportement de modèles de sous-maille dans deux configurations: La reconnection des deux tubes de vorticité et la turbulence homogène et isotrope. Sur la base de résultats théoriques dus à P. Constantin et Ch. Fefferman, on s'interesse à une variante sélective du modèle de Smagorinsky et à un modèle anisotrope sélectif. Nous évaluons les forces et les faiblesses de ces modèles par des comparaisons avec des résultats obtenus par des simulations numériques directes ou utilisant d'autres modèles (le modèle de Smagorinsky classique et un modèle de type différentiel).