Etude numérique d'écoulements turbulents non réactifs dans une machine à compression rapide et confrontation expérimentale
Etude numérique d'écoulements turbulents non réactifs dans une machine à compression rapide et confrontation expérimentale

Author: Ali El Bakkali

Publisher:

Published: 1994

Total Pages: 188

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Le but de ce travail est l'etude d'ecoulements turbulents non reactifs evoluant dans la chambre de combustion d'une machine a compression rapide. Dans un premier temps, nous procedons a une description detaillee de la machine et de ses performances en matiere de mesures. Quelques resultats experimentaux obtenus dans le cas des melanges reactif et non reactif sont presentes et discutes. Ensuite, la formulation mathematique d'un ecoulement de fluide non reactif subissant une compression dans la chambre de combustion de la machine est proposee. Les methodes numeriques adoptees pour la resolution des equations regissant l'ecoulement considere sont celles proposees par le code de calcul kiva ii. Ce dernier est l'objet d'une description succincte et les differentes modifications dont il a fait objet sont mentionnees. Les resultats des differentes simulations numeriques, montrent un relatif bon accord avec ceux issus de l'experience. Un resultat important a ete retenu, il concerne la mise en evidence d'une zone de temperature de cur qui evolue d'une zone centrale en fin de compression a une position en couronne en post compression. Cette couronne est localisee a chaque instant de la post compression au meme endroit que la zone de forte turbulence. Le comportement de la turbulence dans les chambre est initialement etudie en utilisant un modele de sous-mailles et le modele k-e standard. Ces deux modeles predisent une importante augmentation de l'intensite de la turbulence pendant la phase de compression. Pour mieux apprehender l'evolution de la turbulence, d'autres modeles k-e modifies ont ete testes. Une etude parametrique et comparative de ces differents modeles est alors proposee.

Modélisation hybride RANS/LES d'écoulements massivement décollés en régime turbulent
Modélisation hybride RANS/LES d'écoulements massivement décollés en régime turbulent

Author: Thanh Tung Tran

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Published: 2012

Total Pages: 218

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Cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet ANR DIB, vise à la simulation par méthode hybride (DDES) de l'écoulement turbulent autour d'une plaque épaisse (Re = 80000), à une confrontation détaillée du mouvement instationnaire prédit avec une base de données expérimentale, et à l'étude des mécanismes à l'origine des fluctuations de pression à la paroi. L'écoulement présente successivement un fort décollement associé à l^acher tourbillonnaire en forte interaction avec la paroi, un recollement moyen puis un lent rétablissement vers une couche limite développée. L'attention est portée sur la région en aval du recollement. Les caractéristiques moyennes et instationnaires de l'écoulement sont étudiées au moyen d'outils statistiques classiques, ainsi que d'analyses de type moyenne conditionnelle, POD, LSE et Extended POD, dans leur version multi-temps. Un bon accord calcul/expérience est obtenu, et l'évolution des structures de grande échelle en aval du recollement est bien reproduite par la simulation. L'analyse est ensuite prolongée, notamment en ce qui concerne la tridimensionnalité de l'écoulement, ainsi que l'étude des différentes contributions à la pression pariétale fluctuante (termes source linéaire et non linéaire). Les analyses de type LSE basées sur la pression mettent en évidence des structures de type rouleaux portant une faible énergie, alors qu'on obtient des structures de type "hairpin" quand celles-ci sont basées sur la vitesse. Un résultat important de l'étude des termes contribuant à la pression est la dominance du terme non-linéaire, qui explique la faible énergie portée par les structures estimées à partir de la pression par des outils linéaires.

Simulation numérique d'écoulements turbulents réactifs par une méthode hybride à fonction densité de probabilité transportée
Simulation numérique d'écoulements turbulents réactifs par une méthode hybride à fonction densité de probabilité transportée

Author: Christophe Thauvoye

Publisher:

Published: 2005

Total Pages: 174

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Ce travail s'inscrit dans le cadre des études sur la simulation numérique des écoulements turbulents réactifs. Il a pour objet l'étude d'une méthode hybride basée sur l'utilisation conjointe d'une méthode lagrangienne à Fonction Densité de Probabilité (PDF) transportée et d'une méthode eulérienne de résolution des équations moyennées (RANS). La première partie est consacrée à la description des méthodes RANS et de l'approche à PDF transportée. Cette dernière est particulièrement détaillée : cela permet de mettre en avant les avantages et les inconvénients de cette approche. Dans ce contexte, on insiste sur les aspects liés à la modélisation et à la résolution de l'équation de transport de la PDF. Sa résolution s'appuie couramment sur des simulations numériques de type Monte-Carlo. On montre également comment la nature statistique des méthodes de Monte-Carlo induit des difficultés numériques qui ont conduit à l'élaboration de méthodes hybrides associant méthode RANS et approche à PDF transportée. Dans la seconde partie de cette étude, les aspects théoriques et numériques des méthodes hybrides sont alors détaillés en particulier le modèle PEUL+ développé à l'ONERA. Une nouvelle procédure de couplage de type instationnaire est proposée. Elle améliore la stabilité et la précision du modèle par rapport à la procédure de couplage stationnaire. Elle est ensuite testée et validée sur deux configurations : tout d'abord sur une flamme non prémélangée méthane-air stabilisée par une flamme pilote puis sur une flamme de prémélange dans un élargissement brusque symétrique.

Simulation numérique d'écoulements turbulents de gaz dense
Simulation numérique d'écoulements turbulents de gaz dense

Author: Luca Sciacovelli

Publisher:

Published: 2016

Total Pages: 0

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Les écoulements turbulents de gaz denses, qui sont d'un grand intérêt pour un large éventail d'applications, sont le siège de phénomènes physiques encore peu connus et difficiles à étudier par des approches expérimentale. Dans ce travail, nous étudions pour la première fois l'influence des effets de gaz denses sur la structure de la turbulence compressible à l'aide de simulations numériques. Le fluide considéré est le PP11, un fluorocarbure lourd, dont le comportement thermodynamique a été représenté à l'aide de différentes lois d'état, afin de quantifier la sensibilité des solutions aux choix de modélisation. Nous avons considéré d'abord la décroissance d'une turbulence homogène isotrope compressible. Les fluctuations de température sont négligeables, alors que celles de la vitesse du son sont importantes à cause de leur forte dépendance de la densité. Le comportement particulier de la vitesse du son modifie de manière significative la structure de la turbulence, conduisant à la formation de shocklets de détente. L'analyse de la contribution des différentes structures à la dissipation d'énergie et à la génération d'enstrophie montre que, pour un gaz dense, les régions de forte dilatation jouent un rôle similaire à celles de forte compression, contrairement aux gaz parfaits, dans lesquels le comportement est fortement dissymétrique. Ensuite, nous avons mené des simulations numériques pour une configuration de canal plan en régime supersonique, pour plusieurs valeurs des nombres de Mach et de Reynolds. Les résultats confirment la validité de l'hypothèse de Morkovin. L'introduction d'une loi d'échelle semi-locale prenant en compte le variations de densité et viscosité, permet de comparer les profils des grandeurs turbulentes (contraintes de Reynolds, anisotropie, budgets d'énergie) avec ces observés en gaz parfait. Les variables thermodynamiques, quant à elles, présentent une évolution très différente pour un gaz parfait et pour un gaz dense, la chaleur spécifique élevée de ce dernier conduisant à un découplage des effets dynamiques et thermiques et à un comportement proche de celui d'un fluide incompressible avec des propriétés variables.

SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS HOMOGENES ET NON HOMOGENES PAR DES METHODES MULTI RESOLUTION
SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS HOMOGENES ET NON HOMOGENES PAR DES METHODES MULTI RESOLUTION

Author: Thierry Dubois

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Published: 1993

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S'APPLIQUANT ESSENTIELLEMENT A LA RESOLUTION NUMERIQUE DES SYSTEMES DISSIPATIFS NON LINEAIRES ISSUS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES, LES METHODES MULTI-RESOLUTION, DE TYPE GALERKIN NON LINEAIRE, SONT BASEES SUR UNE DECOMPOSITION DES ECOULEMENTS CONSIDERES EN PETITES ET GRANDES STRUCTURES. ON A MONTRE QUE CES DERNIERES NE PRESENTENT PAS LE MEME COMPORTEMENT TEMPOREL. DE CE FAIT, NOUS AVONS DEVELOPPE DES SCHEMAS NUMERIQUES TRAITANT SEPAREMENT LES PETITES ET LES GRANDES ECHELLES DU FLUIDE. L'INTERACTION ENTRE CELLES-CI EST ALORS MODELISEE PAR LA PROJECTION DES SOLUTIONS SUR DES VARIETES INERTIELLES APPROXIMATIVES ET PAR L'UTILISATION DE METHODES MULTI-NIVEAUX, ADAPTATIVES. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE ET L'IMPLEMENTATION DE CES ALGORITHMES DANS LE CAS D'ECOULEMENTS TURBULENTS HOMOGENES. LES RESULTATS NUMERIQUES MONTRENT QUE LES METHODES MULTI-RESOLUTION PEUVENT ETRE UTILISEES COMME DES METHODES DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES. L'APPLICATION DE CES NOUVEAUX SCHEMAS EST ENSUITE ETUDIEE DANS LE CAS DE FLUIDES NON HOMOGENES. DES PREMIERS DEVELOPPEMENTS ET RESULTATS NUMERIQUES SONT REPORTES ET ANALYSES

Comparaison de schémas numériques pour la simulation d’écoulements turbulents réactifs
Comparaison de schémas numériques pour la simulation d’écoulements turbulents réactifs

Author: Ludivine Gougeon

Publisher:

Published: 2007

Total Pages: 214

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Ce travail de thèse porte sur le développement et la comparaison d’outils numériques pour la simulation d’écoulements compressibles réactifs turbulents. Les objectifs de cette étude sont doubles : il s’agit d’une part de tester l’approche de la Simulation des Grandes Échelles Implicite (MILES) et d’autre part de doter le laboratoire d’une plate-forme de simulation numérique performante, évolutive, robuste et précise. Pour cela, deux programmes d’approches et de portées différentes ont été élaborés. Le premier code, basé sur des schémas aux différences finies compactes centrées d’ordre 6, très précis et non dissipatifs, permet la simulation numérique directe (DNS) d’écoulements 3D turbulents sans chocs, en géométrie cartésienne. Ce code n’introduit pas de dissipation numérique et sert de référence pour tester l’approche MILES. Le second code s’appuie sur l’utilisation de méthodes récentes à capture de chocs : les schémas WENO. La formulation aux différences finies des schémas WENO d’ordre 3 à 11 est implémentée dans un code bidimensionnel. Le pouvoir de résolution des schémas WENO des différents ordres est évalué par analyse linéaire. Les problèmes spécifiques au cas multi-espèces sont mis en évidence et la positivité des fractions massiques est respectée grâce à la méthode de Larrouturou. Les différentes reconstructions ainsi que l’ordre du schéma sont évalués sur une série de cas test. Les deux codes font l’objet d’une comparaison sur la simulation d’une flamme 1D laminaire de prémélange et d’un jet 2D turbulent réactif H2/air. Enfin, les potentialités du schéma WENO sont démontrées sur une onde de détonation puis sur une interaction réactive onde de choc/bulle d’hydrogène.

SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS AVEC PARTICULES REACTIVES
SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS AVEC PARTICULES REACTIVES

Author: EFSTRATIOS.. KOUTIVAS

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Published: 1986

Total Pages: 181

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REVUE BIBLIOGRAPHIQUE DES MODELES DE FERMETURE DES EQUATIONS STATISTIQUES DECRIVANT L'ECOULEMENT, DE DIFFERENTS MODELES DE COMBUSTION TURBULENTE ET DES METHODES NUMERIQUES DE RESOLUTION DES EQUATIONS AUX DERIVES PARTIELLES. ON CHOISIT UN MODELE DU TYPE K-EPSILON ET UNE METHODE A PAS FRACTIONNAIRES (METHODE DE DESINTEGRATION A DEUX CYCLES). OBTENTION ET MODELISATION DES EQUATIONS AUX DERIVES PARTIELLES STATISTIQUES. DISCRETISATION SPATIALE ET TEMPORELLE; DESCRIPTION DES CONDITIONS AUX LIMITES IMPOSEES. VALIDATION DU PROGRAMME DANS DIFFERENTES CONFIGURATIONS D'ECOULEMENTS MONOPHASIQUES (SANS PARTICULES) AVEC ET SANS COMBUSTION

Modélisation et simulation numérique d'écoulements incompressibles turbulents diphasiques à phases non miscibles
Modélisation et simulation numérique d'écoulements incompressibles turbulents diphasiques à phases non miscibles

Author: Jérôme Larocque

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Published: 2008

Total Pages: 0

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L'objet de cette thèse est de modéliser et de simuler des écoulements turbulents diphasiques incompressibles à phases non miscibles. La modélisation et la simulation de ce type d'écoulements sont traitées dans le cadre des méthodes de Simulation des Grandes Echelles (SGE) ou Large Eddy Simulation (LES) en anglais qui consistent à calculer directement les plus grandes structures de l'écoulement et à modéliser les plus petites. Ces méthodes adaptées aux écoulements turbulents monophasiques sont étendues au cadre des écoulements turbulents diphasiques. Pour cela, elles sont couplées avec une méthode eulérienne de type ' Volume Of Fluid' (VOF) spécifique au caractère diphasique de l'écoulement. La pertinence du couplage entre les modélisations SGE et VOF est testée sur la configuration industrielle proposée par le CEA-CESTA: l'impact d'un jet rond turbulent sur une surface libre eau/air dans une cavité. Des mesures expérimentales de vitesse (Particle Image Velocimetry PIV) réalisées au CEA-CESTA sont disponibles pour valider les résultats numériques issus des simulations.

ETUDE DE SCHEMAS NUMERIQUES POUR LA SIMULATION TRIDIMENSIONNELLE DES ECOULEMENTS TURBULENTS COMPRESSIBLES REACTIFS
ETUDE DE SCHEMAS NUMERIQUES POUR LA SIMULATION TRIDIMENSIONNELLE DES ECOULEMENTS TURBULENTS COMPRESSIBLES REACTIFS

Author: Ludovic Hallo

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Published: 1995

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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE RECHERCHES SUR LES METHODES DE PREVISION NUMERIQUE DU COMPORTEMENT DE MELANGES DE FLUIDES COMPRESSIBLES EN REGIME TURBULENT, AVEC OU SANS REACTION CHIMIQUE. LES OBJECTIFS VISES SONT NOTAMMENT LA PREDICTION DES ECOULEMENTS DANS LES MOTEURS A FOYER CONTINU, EN AERONAUTIQUE. LA METHODE DEVELOPPEE EST BATIE SUR UNE DISCRETISATION ELEMENT FINI/VOLUME FINI DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES MOYENNEES, SUR DES MAILLAGES NON-STRUCTURES EN DEUX ET TROIS DIMENSIONS D'ESPACE. ELLE A SERVI DE SUPPORT AU TEST DE DIVERSES TECHNIQUES NUMERIQUES, POUR FORMER UN ENSEMBLE COHERENT, PRECIS ET SUFFISAMMENT ROBUSTE. AINSI LES FLUX CONVECTIFS PEUVENT ETRE EVALUES PAR UN SCHEMA VOLUME FINI MUSCL OU ENO ET LA DISCRETISATION EN TEMPS EST EXPLICITE OU IMPLICITE LINEARISEE, COUPLEE A DES METHODES DE RESOLUTION DE SYSTEMES LINEAIRES PRECONDITIONNEES. LES TERMES DIFFUSIFS SONT DISCRETISES PAR UNE METHODE ELEMENT FINI DE GALERKIN. LES EFFETS DE LA TURBULENCE SONT PRIS EN COMPTE PAR UN MODELE K- INCLUANT DES CORRECTIONS POUR LA COMPRESSIBILITE. UN NOMBRE VARIABLE D'ESPECE PEUT ETRE TRANSPORTE, AVEC VARIATION DES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE, MAIS UNE HYPOTHESE GAZ PARFAIT A ETE ADOPTEE POUR CHACUN DES CONSTITUANTS DU MELANGE. ENFIN, LES EFFETS DE CINETIQUE CHIMIQUE PEUVENT ETRE EVALUES AVEC UN MODELE ARRHENIUS OU UN MODELE EDDY BREAK-UP. DE NOMBREUSES CONFIGURATIONS D'ECOULEMENT SONT ENSUITE TESTEES. AINSI DES TUBES A CHOC MONO ET MULTI-ESPECES, UN CAS DE DETONATION ET L'INSTABILITE DE RICHTMYER-MESHKOV ONT ETE COMPAREES AUX DONNEES THEORIQUES OU A D'AUTRES RESULTATS NUMERIQUES. UNE TUYERE TRANSSONIQUE EST ENSUITE PRESENTEE, SUIVIE PAR DES INJECTIONS TRANSVERSES DANS DES ECOULEMENTS SUPERSONIQUES. LE DERNIER CAS PRESENTE EST LA COMBUSTION D'UN JET D'HYDROGENE DANS UN ECOULEMENT ANNULAIRE D'AIR VICIE A HAUTE TEMPERATURE. CES SIMULATIONS RECOUVRENT UNE BONNE PARTIE DES ECOULEMENTS QUE L'ON RENCONTRE LOCALEMENT DANS DES FOYERS DE COMBUSTION SUPERSONIQUE ET METTENT EN EVIDENCE LE BON COMPORTEMENT DE LA METHODE NUMERIQUE