Author: Vladimir Duffal

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Published: 2020

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Cette thèse est consacrée à la modélisation de la turbulence avec des approches hybrides RANS-LES. Ces approches permettent d'assurer le meilleur compromis entre, d'une part, la capacité de la LES à capturer les structures instationnaires dans les régions d'intérêt de l'écoulement, et, d'autre part, un coût de calcul abordable en activant le mode RANS lorsque la résolution LES n'est pas nécessaire ou trop coûteuse, notamment en paroi. L'objectif industriel pour EDF est d'utiliser ces méthodes pour estimer les efforts instationnaires qui s'exercent sur certains gros composants (GMPP) des réacteurs à eau pressurisée.En premier lieu, une nouvelle formulation du modèle hybride HTLES (Hybrid Temporal Large-Eddy Simulation) est développée, dans le but d'améliorer ses fondations théoriques, en utilisant le critère de H-Equivalence. L'intérêt de ce modèle réside dans l'utilisation du filtrage temporel pour contrôler la répartition d'énergie entre les échelles résolues et modélisées, permettant de garantir la consistance entre les opérateurs RANS et LES. L'approche hybride est appliquée à différents modèles de fermeture RANS, et la calibration est effectuée sur la décroissance d'une turbulence homogène isotrope. De plus, des développements analytiques similaires permettent de proposer, pour la première fois, un modèle hybride fondé sur une modification d'échelle dans une formulation RANS qui tend explicitement vers un modèle LES préexistant.Le contrôle de la transition RANS-LES dans les régions de proche paroi est une problématique majeure de cette thèse. Afin d'améliorer le comportement du modèle HTLES, une fonction de protection double (dépendante à la fois de paramètres physiques et de critères liés aux maillages) et une contrainte de consistance interne sont proposées pour imposer le mode RANS en paroi lorsque la résolution LES n'est pas appropriée. Le modèle amélioré est validé sur les écoulements en canal plan et sur les collinespériodiques, avec des résultats très satisfaisants et robustes vis-à-vis du raffinement du maillage. Il est de plus montré pour le cas test des collines périodiques que des fluctuations turbulentes résolues dans la zone LES pénètrent dans la région RANS de proche paroi sans être trop altérées. Cela permet de capturer correctement les basses fréquences des spectres d'énergie turbulente et de pression en paroi, ce qui s'avère décisif dans le but d'estimer les efforts instationnaires sur des composants. Finalement, la HTLES offre une méthode de résolution alternative au coût numérique réduit par rapport à un modèle LES résolu en paroi.Enfin, la thèse s'intéresse à une version zonale de la HTLES (imposant le mode RANS dans les régions où la résolution LES n'est pas nécessaire), en appliquant le ALF (Anisotropic Linear Forcing) au niveau des interfaces RANS-HTLES afin de promouvoir l'apparition de fluctuations turbulentes résolues. Cette première étude de faisabilité offre des résultats prometteurs.Résumé en.