Simulation des grandes échelles d'écoulements compressibles par des méthodes éléments finis
Simulation des grandes échelles d'écoulements compressibles par des méthodes éléments finis

Author: Bernard Marquez

Publisher:

Published: 1999

Total Pages: 232

ISBN-13:

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L'objectif de ce travail est d'étendre un code industriel, résolvant les équations de Navier-Stokes stationnaires moyennées (RANS), à l'instationnaire puis à la simulation des grandes échelles (LES). Une approximation éléments finis en espace fondée sur la formulation Galerkin/Moindres Carrés est utilisée. L'intégration temporelle est assurée par un schéma explicite Runge Kutta à quatre pas. Les différentes formulaions spatiales et le schéma en temps sont décrits, analysés sur l'équation d'advection monodimensionnelle, puis validés sur des calculs d'amplification temporelle d'instabilités (couche de mélange et couche limite bidimensionnelles). Le modèle de Smagorinsky et une variante sélective sont implémentés. La validation des méthodes numériques et des différents modèles de sous-maille est effectuée sur des simulations de turbulence homogène isotrope et de couches de mélange temporelles tridimensionnelles à différents nombres de Reynolds. L'application finale est l'étude de l'effet d'un jet supersonique sur une couche de mélange plane confinée subsonique supersonique. Les résultats des différentes simulations des grandes échelles sont comparés à une expérience réalisée au CEAT de Poitiers ainsi qu'avec des simulations moyennées k-e.

LESFOIL: Large Eddy Simulation of Flow Around a High Lift Airfoil
LESFOIL: Large Eddy Simulation of Flow Around a High Lift Airfoil

Author: Lars Davidson

Publisher: Springer Science & Business Media

Published: 2012-09-22

Total Pages: 246

ISBN-13: 3540364579

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Large Eddy Simulation is a relatively new and still evolving computatio nal strategy for predicting turbulent flows. It is now widely used in research to elucidate fundamental interactions in physics of turbulence, to predict phe nomena which are closely linked to the unsteady features of turbulence and to create data bases against which statistical closure models can be asses sed. However, its applicability to complex industrial flows, to which statisti cal models are applied routinely, has not been established with any degree of confidence. There is, in particular, a question mark against the prospect of LES becoming an economically tenable alternative to Reynolds-averaged N avier-Stokes methods at practically high Reynolds numbers and in complex geometries. Aerospace flows pose particularly challenging problems to LES, because of the high Reynolds numbers involved, the need to resolve accura tely small-scale features in the thin and often transitional boundary layers developing on aerodynamic surfaces. When the flow also contains a separated region - due to high incidence, say - the range and disparity of the influen tial scales to be resolved is enormous, and this substantially aggravates the problems of resolution and cost. It is just this combination of circumstances that has been at the heart of the project LESFOIL to which this book is devoted. The project combined the efforts, resources and expertise of 9 partner organisations, 4 universities, 3 industrial companies and 2 research institu tes.

TILDA: Towards Industrial LES/DNS in Aeronautics
TILDA: Towards Industrial LES/DNS in Aeronautics

Author: Charles Hirsch

Publisher: Springer Nature

Published: 2021-06-28

Total Pages: 550

ISBN-13: 3030620484

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This book offers detailed insights into new methods for high-fidelity CFD, and their industrially relevant applications in aeronautics. It reports on the H2020 TILDA project, funded by the European Union in 2015-2018. The respective chapters demonstrate the potential of high-order methods for enabling more accurate predictions of non-linear, unsteady flows, ensuring enhanced reliability in CFD predictions. The book highlights industrially relevant findings and representative test cases on the development of high-order methods for unsteady turbulence simulations on unstructured grids; on the development of the LES/DNS methodology by means of multilevel, adaptive, fractal and similar approaches for applications on unstructured grids; and on leveraging existent large-scale HPC networks to facilitate the industrial applications of LES/DNS in daily practice. Furthermore, the book discusses multidisciplinary applications of high-order methods in the area of aero-acoustics. All in all, it offers timely insights into the application and performance of high-order methods for CFD, and an extensive reference guide for researchers, graduate students, and industrial engineers whose work involves CFD and turbulence modeling.

Simulation Des Grandes Echelles en Elements Finis Stabilisés
Simulation Des Grandes Echelles en Elements Finis Stabilisés

Author: Vincent Levasseur

Publisher: Omniscriptum

Published: 2011-04

Total Pages: 156

ISBN-13: 9786131572166

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L'objectif des travaux est d'étudier la Simulation des Grandes Echelles dans un contexte industriel aéronautique. La dissipation numérique inhérente aux codes industriels robustes nécessite des modèles sous-mailles capables de s'ajuster pour calculer la viscosité turbulente adéquate. L'approche Variational MultiScale de Hughes et al. est développée en régime compressible sous une formulation filtrée, puis implantée en variables entropiques dans le solveur éléments finis AETHER de DASSAULT-AVIATION. Des études de décroissance libre de turbulence isotrope ont montré d'excellentes propriétés du modèle. Cette technique est ensuite appliquée aux écoulements compressibles au-dessus d'une cavité ouverte. Deux dispositifs de contrôle passif sont étudiés: un spoiler et un barreau cylindrique. Si un effet commun est de dévier et d'épaissir la couche de cisaillement se développant au-dessus de la cavité, il est montré que les mécanismes de contrôle sous-jacents sont très différents.

SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES EN GEOMETRIE COMPLEXE
SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES EN GEOMETRIE COMPLEXE

Author: Philippe Kessler

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 110

ISBN-13:

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LA TRANSITION A LA TURBULENCE D'ECOULEMENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE EST ETUDIEE PAR SIMULATION NUMERIQUE COMPRESSIBLE BIDIMENSIONNELLE ET TRIDIMENSIONNELLE. ON PRESENTE UNE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'UN JET ROND D'AIR, COMPAREE A UNE EXPERIENCE EN LABORATOIRE ET A UNE AUTRE SIMULATION NUMERIQUE INCOMPRESSIBLE. CETTE COMPARAISON NOUS A PERMIS DE VALIDER NOTRE OUTIL NUMERIQUE. NOUS MONTRONS UN BON ACCORD ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NOTRE SIMULATION NUMERIQUE EN ZONE TRANSITIONNELLE. ON APPLIQUE NOTRE OUTIL NUMERIQUE A UNE GEOMETRIE COMPLEXE ET INDUSTRIELLE: L'ENTREE D'AIR EN INCIDENCE. CETTE ETUDE EST EFFECTUEE AVEC UN CODE A GESTION MULTI-DOMAINE DES TRANSFERTS D'INFORMATIONS PAR METHODE AUX CARACTERISTIQUES. LES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX D'UNE EXPERIENCE FAITE AU CEAT DE POITIERS. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ, AINSI QUE LES TOURBILLONS LONGITUDINAUX, RESPONSABLES DES FLUCTUATIONS DE PRESSION AU NIVEAU DU PREMIER ETAGE DU COMPRESSEUR. ENFIN, ON A REPRODUIT UNE EXPERIENCE MAGNETOHYDRODYNAMIQUE FAITE AU LABORATOIRE MADYLAM, EN GEOMETRIE BIDIMENSIONNELLE RONDE. L'INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR UN ECOULEMENT DE MERCURE SOUMIS AUX FORCES DE LAPLACE CREE UN CISAILLEMENT AU NIVEAU DE L'ELECTRODE. ON PRESENTE UNE EVOLUTION TEMPORELLE DE LA VORTICITE ET DE LA PRESSION, AINSI QUE LES STATISTIQUES OBTENUES EN REGIME PERMANENT. NOUS MONTRONS DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS, MAIS PAR CONTRE SUR LES STATISTIQUES, NOUS SURESTIMONS LES VALEURS MOYENNES ET FLUCTUANTES. NOUS MONTRONS QUE LES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT NE SONT PAS BIDIMENSIONNELLES, MAIS DOIVENT ETRE TRIDIMENSIONNELLES

Modélisation et Simulation des Ecoulements Compressibles par la Méthode des Eléments Finis Galerkin Discontinus
Modélisation et Simulation des Ecoulements Compressibles par la Méthode des Eléments Finis Galerkin Discontinus

Author: Kossivi Gokpi

Publisher:

Published: 2013

Total Pages: 0

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L'objectif de ce travail de thèse est de proposer la Méthodes des éléments finis de Galerkin discontinus (DGFEM) à la discrétisation des équations compressibles de Navier-Stokes. Plusieurs challenges font l'objet de ce travail. Le premier aspect a consisté à montrer l'ordre de convergence optimal de la méthode DGFEM en utilisant les polynômes d'interpolation d'ordre élevé. Le deuxième aspect concerne l'implémentation de méthodes de ''shock-catpuring'' comme les limiteurs de pentes et les méthodes de viscosité artificielle pour supprimer les oscillations numériques engendrées par l'ordre élevé (lorsque des polynômes d'interpolation de degré p>0 sont utilisés) dans les écoulements transsoniques et supersoniques. Ensuite nous avons implémenté des estimateurs d'erreur a posteriori et des procédures d 'adaptation de maillages qui permettent d'augmenter la précision de la solution et la vitesse de convergence afin d'obtenir un gain de temps considérable. Finalement, nous avons montré la capacité de la méthode DG à donner des résultats corrects à faibles nombres de Mach. Lorsque le nombre de Mach est petit pour les écoulements compressibles à la limite de l'incompressible, la solution souffre généralement de convergence et de précision. Pour pallier ce problème généralement on procède au préconditionnement qui modifie les équations d'Euler. Dans notre cas, les équations ne sont pas modifiées. Dans ce travail, nous montrons la précision et la robustesse de méthode DG proposée avec un schéma en temps implicite de second ordre et des conditions de bords adéquats.

Simulation d' écoulements turbulents compressibles par une méthode d' éléments finis stabilisée
Simulation d' écoulements turbulents compressibles par une méthode d' éléments finis stabilisée

Author: Christelle Wervaecke

Publisher:

Published: 2010

Total Pages: 0

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Cette thèse a pour objectif la simulation numérique d'écoulements turbulents à l'aide d'un schéma d'éléments finis stabilisés. La méthode SUPG (Streamline Upwind Petrov Galerkin) est mise en place pour résoudre les équations de Navier-Stokes compressibles couplées au modèle turbulent de Spalart-Allmaras.

I) SIMULATION DE LA TURBULENCE PAR LA METHODE DES GRANDES ECHELLES II) RESOLUTION D'EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES PAR LA METHODE DES INCONNUES INCREMENTALES
I) SIMULATION DE LA TURBULENCE PAR LA METHODE DES GRANDES ECHELLES II) RESOLUTION D'EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES PAR LA METHODE DES INCONNUES INCREMENTALES

Author: Pascal Poullet

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 212

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DANS CE TRAVAIL, NOUS EXPLORONS DEUX DOMAINES: LA CONCEPTION DE NOUVELLES METHODES DE SIMULATION D'ECOULEMENTS DE FLUIDES VISQUEUX INCOMPRESSIBLES ET L'ETUDE DE LA METHODE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES (L.E.S.) POUR UN ECOULEMENT COMPRESSIBLE EN ETAT DE TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE. POUR NOTRE ETUDE DE LA L.E.S., NOUS FILTRONS LE CHAMP TOTAL DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES 3D ET MODELISONS L'ACTION DE LA COMPOSANTE RESIDUELLE SUR LA COMPOSANTE RESOLUE DE PLUSIEURS FACONS. DE PLUS, A PARTIR DU CONCEPT DE L'EQUATION MODIFIEE, UNE ETUDE THEORIQUE SUR NOTRE SCHEMA NUMERIQUE NOUS PERMET D'ECLAIRER L'INFLUENCE CERTAINE DE LA DISCRETISATION SUR LES MODELES DE FERMETURE. DANS UN CONTEXTE DE DEVELOPPEMENT DES METHODES DE GALERKIN NON LINEAIRE, LES INCONNUES INCREMENTALES (I.U.) ONT ETE INTRODUITES AFIN DE HIERARCHISER LES INCONNUES EN DIFFERENCES FINIES. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS VERIFIONS L'ASPECT DE PRECONDITIONNEUR EFFICACE DES I.U. SUR DIFFERENTS PROBLEMES MODELES ELLIPTIQUES (DIRICHLET 2D ET 3D, NEUMAN 2D). ENSUITE, APRES AVOIR RESOLU THEORIQUEMENT UNE EQUATION NON-LINEAIRE STATIONNAIRE DE TYPE NAVIER-STOKES, NOUS DEVELOPPONS PLUSIEURS METHODES IMPLICITES DE RESOLUTION ET PROUVONS L'EFFICACITE DES I.U. DANS DE NOMBREUX CAS. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS RESOLVONS NUMERIQUEMENT LES PROBLEMES DE STOKES ET NAVIER-STOKES INCOMPRESSIBLES 2D PAR UN ALGORITHME COUPLANT UNE PROJECTION ORTHOGONALE ET LA METHODE M.A.C. NOUS VALIDONS NOTRE METHODE POUR LA CAVITE ENTRAINEE POUR UN NOMBRE DE REYNOLDS DE 5000. FINALEMENT, NOUS ABORDONS LE DEVELOPPEMENT D'UNE NOUVELLE METHODE MULTI-NIVEAUX ADAPTATIVE PAR LA CREATION D'UNE NOUVELLE HIERARCHISATION D'UN MAILLAGE M.A.C., L'INTRODUCTION D'ESTIMATEURS DE DYNAMIQUE GLOBALE DE L'ECOULEMENT. AINSI, NOUS PROPOSONS DE NOUVEAUX SCHEMAS NOUS SEMBLANT ADAPTES A LA DYNAMIQUE DES ECOULEMENTS DE FLUIDES INCOMPRESSIBLES A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS

Simulation des écoulements turbulents compressibles par une méthode mixte éléments finis-volumes finis
Simulation des écoulements turbulents compressibles par une méthode mixte éléments finis-volumes finis

Author: Catherine Le Ribault

Publisher:

Published: 1991

Total Pages: 104

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Avec le développement de l'industrie aéronautique, le calcul des écoulements turbulents compressibles prend une importance grandissante. Le but de ce travail est de développer un logiciel permettant de simuler les écoulements turbulents compressibles dans des géométries complexes. Un modèle k-epsilon classique est utilise pour décrire les écoulements turbulents. Au voisinage de la paroi solide, des lois de paroi sont utilisées pour imposer les conditions aux limites à une petite distance de la frontière physique. Le modèle k-epsilon a été introduit dans une méthode mixte éléments finis/volumes finis développée pour calculer les écoulements compressibles. Pour pouvoir simuler des écoulements dans des géométries complexes, on utilise des maillages non structures. Les termes convectifs sont traites par une formulation de types volumes finis tandis que les termes visqueux et les termes sources sont discrétises par une formulation éléments finis de galerkin. L'utilisation de schémas décentres pour le calcul des termes convectifs permet d'éviter l'apparition d'instabilités dans les chocs. Les lois de paroi sont imposes a travers la formulation variation elle. Cette méthode a d'abord été validée pour des écoulements à faible nombre de mach. Des comparaisons avec l'expérience et avec des résultats provenant d'autres simulations ont été effectuées. Ensuite, la méthode a été appliquée à des écoulements supersoniques dans différentes configurations (couche de mélange, rampe de compression, choc dans une tuyère).