Modélisation et simulation d'écoulements compressibles à bas nombre de Mach
Modélisation et simulation d'écoulements compressibles à bas nombre de Mach

Author: Yann Moguen

Publisher:

Published: 2008

Total Pages: 160

ISBN-13:

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Cette étude porte sur une méthodologie permettant de calculer les champs thermodynamiques et cinématiques d'un modèle d'écoulement compressible dans lequel le nombre de Mach peut être petit devant l'unité. Un problème fondamental que l'on rencontre à bas nombre de Mach est que la vitesse d'écoulement du fluide et la célérité des ondes acoustiques dont il est le support relèvent d'échelles d'observation très différentes. L'algorithme retenu, de la forme estimation/correction, s'appuie sur une prise en compte implicite des termes véhiculant de l'information acoustique au sein de l'écoulement. Un rôle privilégié est attribué à la pression, qui joue un rôle-clef dans les découplages entre équations s'effectuant à mesure que le nombre de Mach décroît, comme cela apparaît lors des approches asymptotiques présentées. Les conditions d'interaction aéroacoustique à bas nombre de Mach, ainsi que les modalités de la disparition de cette interaction lorsque le nombre de Mach tend vers zéro, sont établies au niveau de la modélisation continue. Dans le cadre d'une méthode aux volumes finis d'ordre un centrés aux cellules, les propriétés asymptotiques continues peuvent être retrouvées au niveau discret à condition d'adopter l'interpolation centrée pour les pressions, flux de masse et vitesses aux interfaces entre cellules du maillage. L'effet d'une fluctuation de pression de fréquence acoustique sur l'énergie cinétique du gaz en écoulement est illustré numériquement avec ce choix d'interpolation, ainsi que le problème de découplage en damier qui apparaît alors. L'origine de ce problème est expliquée à l'aide d'une analyse asymptotique multi-échelle semi-discrète. Le défaut de consistance, au niveau asymptotique, de l'approximation numérique résultant de l'utilisation d'une dissipation numérique est discuté.

Modélisation et simulation de la turbulence compressible dans les écoulements cisailles supersoniques
Modélisation et simulation de la turbulence compressible dans les écoulements cisailles supersoniques

Author: Dominique Guézengar

Publisher:

Published: 1997

Total Pages: 240

ISBN-13: 9782726110966

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LE BUT DE CETTE THESE EST D'EVALUER LES PERFORMANCES DU MODELE K ET DE PROPOSER DES AMELIORATIONS SUR TROIS POINTS OU IL EST MIS EN DEFAUT. LA COMPRESSIBILITE, LES VARIATIONS DE MASSE VOLUMIQUE ET L'ANISOTROPIE CONSTITUENT DONC LES THEMES CENTRAUX DU MEMOIRE. ON S'EST INTERESSE A L'ETUDE, LA MODELISATION ET A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TURBULENTS (COUCHES DE MELANGE, COUCHES LIMITES ET RAMPE DE COMPRESSION). POUR LES EFFETS COMPRESSIBLES, NOUS AVONS EXPLOITE PLUSIEURS MODELES EXISTANT DANS LA LITTERATURE ET NOUS PROPOSONS UNE DOUBLE DEFINITION DE LA VISCOSITE TURBULENTE QUI PERMET UNE ADAPTATION OPTIMALE DE CES MODELES. NOUS MONTRONS ALORS LEUR EFFICACITE SUR LES COUCHES DE MELANGE ET LEUR DEFAILLANCE SUR LES AUTRES CAS. DANS LA SECONDE PARTIE, NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DES VARIATIONS DE LA MASSE VOLUMIQUE. POUR LES COUCHES DE MELANGE, NOUS PROPOSONS UN CFFICIENT # COMPATIBLE AVEC DES GRADIENTS DE MASSE VOLUMIQUE ET DES EFFETS DE NOMBRE DE MACH. NOUS OBTENONS ALORS DE BONS RESULTATS POUR LE CALCUL DE COUCHES DE MELANGE COMPRESSIBLES A FORTE VARIATION DE MASSE VOLUMIQUE, ALORS QUE LE MODELE K EST MIS EN DEFAUT SUR CE TYPE CALCUL. ENFIN, L'ANISOTROPIE EST PRISE EN COMPTE PAR DEUX MODELES EARSM QUI PRESENTENT DES RESULTATS TRES SATISFAISANTS SUR PLUSIEURS GEOMETRIES ET REPRODUISENT LES TENDANCES OBSERVEES EXPERIMENTALEMENT. PAR CONTRE, ILS APPARAISSENT DECEVANTS DANS LES CAS D'INTERACTION ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE. NOTONS QUE LES RESULTATS ONT ETE OBTENUS AVEC UNE METHODE MIXTE ELEMENTS/VOLUMES FINIS ASSOCIEE A DES LOIS DE PAROI, QUE L'IMPLANTATION DES DIVERS MODELES N'A PAS POSE DE DIFFICULTE PARTICULIERE ET QUE LES PERFORMANCES NUMERIQUES (EN TERME DE ROBUSTESSE ET DE CONVERGENCE) SONT RESTEES GLOBALEMENT INCHANGEES PAR RAPPORT AU MODELE K DE BASE.

Simulation numérique d'écoulements décollés compressibles à des vitesses élevées
Simulation numérique d'écoulements décollés compressibles à des vitesses élevées

Author: Florence Pavie

Publisher:

Published: 1990

Total Pages: 302

ISBN-13:

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LA PRESENTE ETUDE EST CONSACREE AU DEVELOPPEMENT D'OUTILS NUMERIQUES PERMETTANT LA PREDETERMINATION D'ECOULEMENTS EN REGIME LAMINAIRE OU TURBULENT, AUTOUR DE VEHICULES EVOLUANT A DES VITESSES ELEVEES. LA COMPLEXITE DU PROBLEME CONSIDERE RELEVE DE DEUX TRAITS ESSENTIELS QUI SONT: D'UNE PART, LA GEOMETRIE DU PROFIL, COMPRENANT UN BORD D'ATTAQUE ARRONDI ET UNE RAMPE DE RECOMPRESSION QUI ENTRAINENT RESPECTIVEMENT LA FORMATION D'UN CHOC FRONTAL DETACHE ET D'UNE ZONE DE RECIRCULATION, D'AUTRE PART, L'ETENDUE DE LA GAMME DE VITESSES CONSIDEREES. LE TRAVAIL CONSIGNE DANS LE MEMOIRE S'ARTICULE EN TROIS PARTIES. LES DEUX PREMIERES RELATENT LE CALCUL D'ECOULEMENTS EN REGIME LAMINAIRE, A DES NOMBRES DE MACH INFINI AMONT MODERES (INFERIEURS OU EGAUX A 5) PUIS A DES NOMBRES DE MACH HYPERSONIQUES. LA DERNIERE ENVISAGE LA FAISABILITE D'UNE ETUDE EN REGIME TURBULENT DE CE TYPE D'ECOULEMENTS. LE CALCUL D'ECOULEMENTS A DES NOMBRES DE MACH MODERES, TANT EN REGIME LAMINAIRE QUE TURBULENT, REPOSE SUR L'EMPLOI DU SCHEMA PREDICTEUR-CORRECTEUR DE MAC CORMACK (1985), INTEGRANT LA PROCEDURE DE DECOMPOSITION DES FLUX DE STEGER ET WARMING. EN REGIME TURBULENT, LES MODELES DE BALDWIN-LOMAX ET DE JONES-LAUNDER, BASES SUR LE CONCEPT DE VISCOSITE TOURBILLONNAIRE ONT ETE SUCCESSIVEMENT IMPLANTES. L'UTILISATION DE LA METHODE DE MAC CORMACK, N'AYANT PAS AUTORISE L'ETUDE D'ECOULEMENTS INFINI AMONT HYPERSONIQUES, CELLE-CI FUT RENDUE POSSIBLE PAR L'ADOPTION D'UN SCHEMA NUMERIQUE TVD SUIVANT L'APPROCHE MUSCL PROPOSEE PAR VAN LEER

Propulsion compressible et approche numérique en mécanique des fluides
Propulsion compressible et approche numérique en mécanique des fluides

Author: Michel Ledoux

Publisher: ISTE Group

Published: 2017-05-01

Total Pages: 275

ISBN-13: 1784052604

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Avec la révolution industrielle, la mécanique des fluides s’est imposée comme une discipline centrale. Cet ouvrage explore la diversité des approches de cette discipline. Le fluide est devenu incontournable dans toutes les industries de haute technologie : aéronautique, aérospatiale, automobile, etc. Propulsion compressible et approche numérique en mécanique des fluides analyse le traitement de problèmes complexes à travers des exemples d’application en milieu industriel. La problématique des fluides visqueux est traitée sous un angle analytique ainsi que la thermodynamique combinée à la mécanique, l’occurrence d’irréversibilités locales, l’approche numérique, la modélisation et la simulation. L’évaluation des performances d’une éolienne Darrieus à pales droites par des calculs numériques est l’une des applications étudiées. La résolution des problèmes est assise sur des rappels fondamentaux – principes de base et équations générales – dans la perspective de l’accessibilité à un large public.

Contribution à la simulation d'écoulements diphasiques compressibles à faible vitesse en présence de sauts de pression par approches homogène et bi-fluide
Contribution à la simulation d'écoulements diphasiques compressibles à faible vitesse en présence de sauts de pression par approches homogène et bi-fluide

Author: David Iampietro

Publisher:

Published: 2018

Total Pages: 0

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Les travaux de thèse sont axés sur les méthodes numériques pour les écoulements diphasiques, compressibles, à faible vitesse, avec apparition soudaine de forts gradients de pression. La vitesse matérielle de chacune des phases étant très petite devant la célérité des ondes acoustiques, le régime d'écoulement est dit à faible nombre de Mach. Dans ce travail, la loi d'état de la phase considérée contient toujours une information mesurant sa plus ou moins grande compressibilité. Ainsi, la faible compressibilité de l'eau peut produire un régime d'écoulement où des sauts de pression importants apparaissent même si le nombre de Mach est très faible. La première partie de la thèse s'est focalisée sur un modèle diphasique dit homogène-équilibré. Les deux phases de l'écoulement ont alors la même vitesse, pression, température et même potentiel chimique. Un premier travail a été la construction de solveurs de Riemann approchés dits tout-nombre-de-Mach. En l'absence de transitoire rapide, ces solveurs basent leur contrainte de pas de temps sur la vitesse des ondes matérielles lentes et sont donc précis pour suivre ces dernières. En revanche, lorsqu'une onde de choc rapide traverse l'écoulement, ces solveurs s'adaptent automatiquement afin de la capturer. La seconde partie de la thèse s'est focalisée sur la prise en compte du couplage convection-source dans le cadre des modèles en approche bi-fluides avec effets de relaxation pression-vitesse. Dans ces modèles, les deux phases de l'écoulement possèdent leur propre jeu de variables. Dans ce travail, un schéma implicite à mailles décalées, basé sur l'influence des termes sources dans des problèmes de Riemann linéaires, a été proposé

Étude des effets de compressibilité à grands nombres de mach par simulation numérique directe d'une couche cisaillée
Étude des effets de compressibilité à grands nombres de mach par simulation numérique directe d'une couche cisaillée

Author: Renaud Sauvage

Publisher:

Published: 2000

Total Pages: 170

ISBN-13:

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La simulation numérique directe est mise en oeuvre pour dégager les effets de compressibilité qui se manifestent dans les écoulements à grandes vitesses. La configuration de zone de mélange où ces phénomènes apparaissent et qui ne sont que partiellement expliqués, est retenue. La première phase consiste en la parallélisation et l'optimisation du code, ainsi qu'en l'implantation de conditions aux limites et à leur validation. Un code de stabilité linéaire non visqueuse est développé afin de générer le champ de perturbations initiales à l'aide des modes les plus instables. Après la mise en place de l'outil numérique, les nombres de Mach convectifs 0.4, 0.8, 1.2 et 1.6 sont traités. Les résultats ont permis de détailler la transition dont les mécanismes sont très différents à faibles et à forts nombres de Mach. L'apparition de chocs locaux de faible intensité dans les cas supersoniques a pu être également mise en évidence. Le traitement statistique et les bilans énergétiques de l'écoulement turbulent ont permis de dégager les termes prépondérants qui sont responsables des effets de compressibilité. A l'issue de ce travail, une base de donńées existe et peut être utilisée à l'amélioration des modèles de turbulence compressible.

Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique
Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique

Author: Jean Decaix

Publisher:

Published: 2012

Total Pages: 0

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La simulation des écoulements cavitants est confrontée à des difficultés de modélisation et de résolution numérique provenant des caractéristiques particulières de ces écoulements : changement de phase, gradient de masse volumique important, variation du nombre de Mach, turbulence diphasique, instationnarités. Dans cette thèse, nous nous sommes appliqués à dériver proprement le modèle de mélange homogène 1-fluide couplé à une modélisation RANS de la turbulence. A partir des termes contenus dans ces équations et de la nature des écoulements cavitants étudiés, plusieurs modèles de turbulence basés sur la notion de viscosité turbulente ont été testés : modèles faiblement non-linéaires (corrections SST et de réalisabilité), ajout des termes de turbulence compressible, application de la correction de Reboud, modèles hybrides RANS/LES (DES, SAS). Ces modèles ont été incorporés dans un code compressible qui fait appel à une résolution implicite en pas de temps dual des équations de conservation avec une technique de pré-conditionnement bas-Mach pour traiter les zones incompressibles. Les simulations 2D et 3D ont porté sur deux géométries de type Venturi caractérisées par la présence d'une poche de cavitation instationnaire due à l'existence d'un jet rentrant liquide/vapeur le long de la paroi. Elles montrent que l'ensemble des modèles sont capables de capturer le jet rentrant. En revanche, la dynamique de la poche varie entre les modèles et le manque de données expérimentales ne permet pas de discriminer les modèles entre eux. Il apparaît à la vue des résultats que les approches avec la correction de Reboud ou les modèles SAS améliorent la simulation des écoulements.

Modèles bi-fluides à six et sept équations pour les écoulements diphasiques à faible nombre de Mach
Modèles bi-fluides à six et sept équations pour les écoulements diphasiques à faible nombre de Mach

Author: Angelo Murrone

Publisher:

Published: 2003

Total Pages: 140

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Cette thèse porte sur l'étude de modèles et de méthodes numériques pour les écoulements diphasiques compressibles à faible nombre de Mach. Toutes les méthodes numériques développées dans cette étude sont basées sur une formulation de type volumes finis en maillages non structurés. La première partie de cette thèse propose une analyse du comportement des schémas décentrés de type Godunov dans la limite des faibles nombres de Mach. Nous expliquons de manière rigoureuse les raisons pour lesquelles ces schémas aboutissent à des approximations imprécises lorsque les écoulements sont très proches de l'incompressible. Nous développons alors des méthodes de préconditionnement adaptées qui permettent de retrouver de bonnes approximations. Ce premier travail complète un certain nombre de travaux récents sur l'analyse des schémas décentrés dans la limite des faibles nombres de Mach. Le deuxième point abordé dans cette thèse est un travail de modélisation où nous développons à partir d'un modèle bi-fluides à sept équations de type Baer-Nunziato, un modèle réduit à cinq équations pour les écoulements diphasiques. Ce travail présente une méthode originale de réduction de systèmes hyperboliques avec termes sources raides. Nous développons pour ce modèle un schéma numérique implicite et suivant la stratégie utilisée dans la première partie de cette thèse, une technique de préconditionnement adaptée aux écoulements à faible vitesse. Les expériences numériques réalisées montrent que ce modèle est bien adapté au calcul d'ondes de détonations ainsi qu'à la simulation d'interfaces entre fluides compressibles. Enfin la dernière partie de cette thèse porte sur l'étude d'un modèle à sept équations pour le calcul d'écoulements diphasiques à faible nombre de Mach. On développe des méthodes numériques implicites basées sur des solveurs de Riemann approchés, permettant de réduire les coûts de calcul pour ce type de régime.

PHYSIQUE ET MODELISATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TURBULENTS AUTOUR D'ARRIERE-CORPS
PHYSIQUE ET MODELISATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TURBULENTS AUTOUR D'ARRIERE-CORPS

Author: SOPHIE.. CHARMANT

Publisher:

Published: 1994

Total Pages: 175

ISBN-13:

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CE TRAVAIL DE THESE PORTE SUR LA SIMULATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS COMPRESSIBLES ET TURBULENTS AUTOUR D'ARRIERE-CORPS. POUR CELA, NOUS CONSIDERONS LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES MOYENNEES COMPLETEES PAR UN MODELE DE TURBULENCE. LES MODELES ALGEBRIQUES DE TYPE LONGUEUR DE MELANGE SONT LES PLUS SIMPLES, MAIS LES RESULTATS OBTENUS AVEC DE TELS MODELES SONT EN GENERAL PEU SATISFAISANTS POUR DES ECOULEMENTS COMPLEXES PRESENTANT DE GRANDES ZONES DE RECIRCULATION. DE PLUS, CES MODELES REQUIERENT UNE EVALUATION DE DISTANCES A LA PAROI, CE QUI PEUT PRESENTER UNE CERTAINE DIFFICULTE POUR DES CONFIGURATIONS D'ARRIERE-CORPS AVEC TUYERE ET CULOT. EN CONSEQUENCE, NOUS AVONS MIS EN UVRE UN MODELE DE TURBULENCE A DEUX EQUATIONS DE TRANSPORT PLUS ADAPTE A LA PHYSIQUE DE L'ECOULEMENT. NOUS AVONS TOUT D'ABORD CONSIDERE UN MODELE AVEC INTEGRATION JUSQU'A LA PAROI A SAVOIR LE MODELE K - DE JONES-LAUNDER. CE MODELE PRESENTE L'AVANTAGE QUE LES FONCTIONS INTRODUITES POUR TENIR COMPTE DES EFFETS DE PROCHE PAROI DEPENDENT UNIQUEMENT DU NOMBRE DE REYNOLDS TURBULENT ET NON DE DISTANCES A LA PAROI. AINSI, LE MODELE DE JONES-LAUNDER EST BEAUCOUP PLUS FACILE A APPLIQUER POUR DES CONFIGURATIONS D'ARRIERE-CORPS. NOUS NOUS SOMMES ENSUITE INTERESSE AUX LOIS DE PAROI. CELLES-CI PERMETTENT DE DECRIRE ANALYTIQUEMENT L'ECOULEMENT MOYEN ET LES GRANDEURS TURBULENTES AU VOISINAGE D'UNE PAROI ET AUTORISENT AINSI UNE TAILLE DE MAILLE A LA PAROI NETTEMENT PLUS IMPORTANTE QUE DANS UN CALCUL AVEC INTEGRATION JUSQU'A LA PAROI