Modélisation numérique des écoulements fluide-particules
Modélisation numérique des écoulements fluide-particules

Author: Jean-Benoît Ritz

Publisher:

Published: 1997

Total Pages: 153

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

CETTE THESE PORTE SUR LA DEFINITION ET LA MISE EN OEUVRE D'UNE METHODE NUMERIQUE DE SIMULATION DIRECTE DU MOUVEMENT DE PARTICULES SOLIDES DISPERSEES DANS UN FLUIDE EN TENANT COMPTE DE L'ENSEMBLE DES INTERACTIONS HYDRODYNAMIQUES. CE MODELE S'APPUIE SUR LES EQUATIONS DU MOUVEMENT DE DEUX FLUIDES NON-MISCIBLES. LE CONCEPT INITIAL EST DE TRANSFORMER UN DES FLUIDES EN UN FLUIDE DONT LA LOI DE COMPORTEMENT TEND VERS CELLE D'UN SOLIDE INDEFORMABLE. NOUS OBTENONS ALORS UNE FORMULATION OU L'UNIQUE INCONNUE EST LE COUPLE VITESSE-PRESSION GOUVERNE PAR L'EQUATION DE NAVIER-STOKES. CETTE METHODE DE NOUS PERMET DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DU SILLAGE SUR LA TRAJECTOIRE D'UNE PARTICULE ET SUR LE REARRANGEMENT D'UN ENSEMBLE DE PARTICULES EN SEDIMENTATION. LES E EFFETS DE SILLAGE, MEME A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS, JOUENT UN ROLE DETERMINANT SUR LA REDISTRIBUTION DES PARTICULES AU COURS DE LA SEDIMENTATION. CETTE METHODE PRESENTE UNE ALTERNATIVE INTERESSANTE AUX DIFFERENTES METHODES DE SIMULATION DIRECTE PAR UN COUT DE CALCUL DEPENDANT LINEAIREMENT DU NOMBRE DE PARTICULES.

Modélisation numérique d'écoulements fluide-particules
Modélisation numérique d'écoulements fluide-particules

Author: Aline Lefebvre

Publisher:

Published: 2007

Total Pages: 254

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

This PhD thesis is made of three parts. In the first one, we present a method to simulate fluid/particle flows. We show that the penalty method, combined to a time discretization performed using the method of characteristics leads to a generalized Stokes variational formulation. Numerical tests are implemented with FreeFem++ to study the convergence. We also present three examples using this method. In the second part we propose a model to take into account lubrication forces in direct simulations of fluid/particle flows. We first present a "viscous contact" model in the plane/particle case, obtained as the vanishing viscosity limit of the lubrication model. Then, we describe an algorithm based on a projection of the velocities, at each time step, over a set of admissible velocities. Next, we prove the convergence of the scheme and generalize the algorithm to the multi-particle case. We also present an example of object oriented programming of it. In the last part, we consider a discrete system of spheres (chain in 1D) interacting through a lubrication force. The microscopic model relies on the development of that force at small distance. We propose a macroscopic constitutive equation, of Newtonian type, which relies on an elongational viscosity which is proportional to the reciprocal of the local fluid fraction. We establish the convergence of the microscopic model towards the solution of the proposed macroscopic model.

Modélisation et simulation de l'écoulement d'un fluide complexe
Modélisation et simulation de l'écoulement d'un fluide complexe

Author: Grégory Beaume

Publisher:

Published: 2008

Total Pages: 181

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

Le travail présenté ici porte sur la simulation numérique de l'écoulement d'un mélange de fluide et de particules solides. Le fluide obéit à une loi de comportement newtonien, et les particules solides sont des bâtonnets ou des sphères, considérées comme des corps indéformables. Ce modèle de fluide complexe est une représentation de composites utilisés en injection. Le but est de connaitre le comportement rhéologique en cisaillement de ce type de suspension. Pour cela nous étudions l'évolution d'un tel mélange dans une cellule cubique, soumise à un cisaillement plan, avec des conditions limites pseudo-périodiques. Les équations décrivant les champs de vitesse et pression dans le fluide sont étendues au domaine solide, en ajoutant une contrainte d'indéformabilité. On se ramène ainsi à un système d'équation en vitesse pression sur le domaine fictif total, résolu par une méthode d'éléments finis. Dans cette approche multidomaine, il est nécessaire de suivre l'évolution des positions des particules solides. Le domaine solide est suivi par sa fonction caractéristique. Une méthode de transport lagrangien est utilisée pour actualiser les positions des particules, puis une méthode de level-set permet d'en déduire à chaque instant la fonction caractéristique associée. Une technique de correction des positions des particules à posteriori permet de réimposer la condition de non-interpénétration des particules. Des calculs d'homogénéisation ont été effectués, permettant notamment de calculer des viscosités équivalentes pour des suspensions de sphères, et de construire des lois de comportement et d'évolution des tenseurs d'orientation pour des suspensions de fibres. L'utilisation de conditions limites pseudo-périodiques permet de limiter les effets de bords dans les calculs d'homogénéisation. Par ailleurs une technique de h-adaptation a été appliquée pour mieux décrire les interfaces. Les premiers résultats obtenus sont en assez bon accord avec les modèles théoriques, et une première simulation d'écoulement d'un mélange a été menée.

Simulation du comportement de particules dans des écoulements turbulents
Simulation du comportement de particules dans des écoulements turbulents

Author: Alain Ormancey

Publisher:

Published: 1984

Total Pages: 225

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

SIMULATION NUMERIQUE DANS LE CADRE DE LA THEORIE LAGRANGIENNE. LA TRAJECTOIRE DE CHAQUE PARTICULE EST CONSTRUITE PAS A PAS PAR INTEGRATION DES EQUATIONS DE LA DYNAMIQUE ET DE LA CINEMATIQUE. SIMULATION DE LA DISPERSION DE PARTICULES FLUIDES DANS UN ECOULEMENT A TURBULENCE HOMOGENE ET ISOTROPE, PUIS DE LA DISPERSION DANS UNE TURBULENCE DE GRILLE, DE PARTICULES ETRANGERES AU FLUIDE DONT LA TAILLE EST INFERIEURE A LA PLUS PETITE ECHELLE DE TURBULENCE. CAS DE PARTICULES CHARGEES. ON ABORDE ENFIN LE CAS DE PARTICULES DE TAILLE SUPERIEURE A LA PLUS PETITE ECHELLE DE LA TURBULENCE, L'ECHELLE DE KOLMOGOROFF

TRANSPORT DE PARTICULES SOLIDES PAR UN ECOULEMENT ATMOSPHERIQUE
TRANSPORT DE PARTICULES SOLIDES PAR UN ECOULEMENT ATMOSPHERIQUE

Author: SEBASTIEN.. LASLANDES

Publisher:

Published: 1998

Total Pages: 206

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

CE TRAVAIL EST AXE SUR LA SIMULATION NUMERIQUE DU TRANSPORT DE PARTICULES SOLIDES DANS UN ECOULEMENT TURBULENT D'AIR, AUTOUR D'UN OBSTACLE. LES SIMULATIONS SONT MENEES SUR LE LOGICIEL DE CALCUL PHOENICS (CODE VOLUMES FINIS). LA MODELISATION PHYSIQUE DES DIFFERENTS ECOULEMENTS DIPHASIQUES DILUES ETUDIES EST INSCRITE DANS L'APPROCHE MODELE A DEUX FLUIDES. LA TURBULENCE DE LA PHASE DISPERSEE EST SOIT DEFINIE PAR UN MODELE ALGEBRIQUE ISSU DE LA THEORIE DE TCHEN (NOTE P1), SOIT PRISE EN COMPTE PAR UN MODELE BASE SUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE DES PARTICULES (NOTE P2). POUR L'AIR, LA TURBULENCE EST EVALUEE PAR LE MODELE DE CHEN ET KIM (NOTE A1), OU PAR LE MODELE DE SHIH ET A1. (NOTE A2). LES MODELES (A1 + P1), (A1 + P2), (A2 + P1), (A2 + P2) SONT TESTES SUR UN ECOULEMENT BIDIMENSIONNEL. L'EXPERIENCE DE REFERENCE EST CELLE DE FESSLER ET EATON, RELATIVE A UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DILUE LE LONG D'UNE MARCHE DESCENDANTE VERTICALE (PARTICULES DE CUIVRE ET PARTICULES DE VERRE). POUR L'AIR, LES COMPARAISONS EXPERIENCE/CALCUL PORTENT SUR LE CHAMP DES VITESSES LONGITUDINALES ET TRANSVERSALES, ET SUR LA TURBULENCE (CONTRAINTES NORMALES LONGITUDINALES ET TRANSVERSALES). POUR LES PARTICULES EN CUIVRE, L'ETUDE PORTE SUR LES VITESSES TRANSVERSALES ET LA CONCENTRATION. ENFIN, DANS LE CAS DES PARTICULES DE VERRE, LES VITESSES LONGITUDINALES ET LES CONTRAINTES NORMALES LONGITUDINALES (TURBULENCE DES PARTICULES) SONT INTRODUITES. A L'ISSUE DES RESULTATS RELATIFS A LA PHASE DISPERSEE, L'EMPLOI D'UN MODELE DE TURBULENCE PLUS ADAPTE EST SOUHAITABLE (MODELE A CONTRAINTES DE REYNOLDS PARTICULAIRES). UNE VALIDATION TRIDIMENSIONNELLE EST ENSUITE ABORDEE. L'EXPERIENCE DE REFERENCE A ETE EFFECTUEE DANS LA VEINE ENVIRONNEMENT DU CSTB : UN NUAGE DE FINES PARTICULES DE SABLE EST CREE, ET VIENT FRAPPER UN CUBE DE HAUTEUR 1M. DURANT LA CAMPAGNE D'ESSAIS, DEUX TYPES DE MESURES ONT ETE EFFECTUEES : DETERMINATION DE LA MASSE DEPOSEE AUTOUR DE L'OBSTACLE, ET EVALUATION DE LA CONCENTRATION AERIENNE. L'ETUDE DES MODELES (A1 + P1), ET UNE APPROCHE SIMPLIFIEE DE LA DEPOSITION, MONTRENT QUE DES MODELES DE TURBULENCE PLUS ADAPTES SONT NECESSAIRES POUR L'AIR, AINSI QUE L'INTRODUCTION D'UNE MODELISATION PLUS POUSSEE DU PHENOMENE DE DEPOSITION.

SIMULATION NUMERIQUE LAGRANGIENNE ET MODELISATION EULERIENNE D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ-PARTICULES EN CANAL VERTICAL
SIMULATION NUMERIQUE LAGRANGIENNE ET MODELISATION EULERIENNE D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ-PARTICULES EN CANAL VERTICAL

Author: MARC.. SAKIZ

Publisher:

Published: 1999

Total Pages: 316

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'AMELIORER LA COMPREHENSION ET LA MODELISATION DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ-SOLIDE EN CANAL VERTICAL, A PARTIR DE SIMULATIONS NUMERIQUES. DEUX METHODES DE CALCUL SONT UTILISEES : UNE APPROCHE LAGRANGIENNE (SUIVI INDEPENDANT DE LA TRAJECTOIRE DE CHAQUE PARTICULE) ET UNE APPROCHE EULERIENNE D'ORDRE 2 (RESOLUTION DIRECTE D'EQUATIONS SUR LA CONCENTRATION, LA VITESSE MOYENNE ET LES CONTRAINTES CINETIQUES). LA MISE EN EQUATIONS EULERIENNES DU MOUVEMENT DES PARTICULES (EQUATIONS D'EVOLUTION ET CONDITIONS LIMITES) EST OBTENUE PAR UNE METHODE DE TYPE CINETIQUE DES GAZ (AVEC PRISE EN COMPTE DE LA ROTATION). LES CARACTERISTIQUES DE LA PHASE DISPERSEE SONT CHOISIES DE TELLE SORTE QUE L'INFLUENCE DE LA TURBULENCE DU FLUIDE SUR LES PARTICULES SOIT NEGLIGEABLE, DE MEME QUE CELLE DES PARTICULES SUR LE FLUIDE. LES SIMULATIONS LAGRANGIENNES SONT UTILISEES POUR ANALYSER FINEMENT LES DIFFERENTS MECANISMES DE L'ECOULEMENT : INTERACTION FLUIDE/PARTICULE, COLLISIONS PARTICULE/PARTICULE, REBONDS CONTRE LA PAROI. LES EFFETS DE LA ROTATION, DU FROTTEMENT ENTRE PARTICULES ET DE LA PORTANCE SONT AUSSI ETUDIES. PARALLELEMENT, CES RESULTATS DE SIMULATION SERVENT A VALIDER INDEPENDAMMENT CHACUNE DES HYPOTHESES NECESSAIRES A L'ETABLISSEMENT DU MODELE EULERIEN ET A EVALUER EXACTEMENT L'ERREUR QU'ELLES APPORTENT. LES LOIS DE FERMETURE CLASSIQUES SONT TESTEES (CONDITIONS LIMITES, TRAINEE, COLLISIONS, DISPERSION DES CONTRAINTES), ET DES MODIFICATIONS SONT EVENTUELLEMENT PROPOSEES ET VALIDEES. ENFIN, LA COMPARAISON DIRECTE DES PROFILS OBTENUS PAR LES METHODES EULERIENNE ET LAGRANGIENNE PERMET DE TESTER LE MODELE EULERIEN COMPLET ET DE DISCUTER DE SON DOMAINE DE VALIDITE.

Étude numérique et modélisation de la modulation de la turbulence dans un écoulement de nappe chargée en particules
Étude numérique et modélisation de la modulation de la turbulence dans un écoulement de nappe chargée en particules

Author: Olivier Vermorel

Publisher:

Published: 2003

Total Pages: 0

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

Ce travail de thèse est consacré à l'étude numérique et théorique de la modulation de la turbulence par des particules. Cette étude s'appuie sur des résultats issus de simulations de type Euler/Lagrange qui résolvent directement les équations instantanées de la phase gazeuse et effectuent un suivi de trajectoires des particules. La configuration étudiée représente une nappe de particules injectée à haute vitesse dans une turbulence homogène isotrope décroissante. Le mouvement des particules est supposé uniquement gouverné par la force de traînée visqueuse. Le chargement en particules est suffisamment important pour que les particules influent sur la phase gazeuse (couplage inverse) mais suffisamment faible pour pouvoir négliger les collisions interparticulaires. Le transfert de quantité de mouvement des particules vers le gaz cause une forte accélération du gaz au centre de la nappe. A la périphérie de la nappe, on constate une importante augmentation de la turbulence gazeuse principalement due aux termes de production par les gradients moyens de vitesse (effet indirect des particules). L'analyse des termes de transfert d'énergie cinétique entre phases montre que l'effet direct des particules est de détruire la turbulence au centre de la nappe et de l'augmenter à la périphérie. Ce dernier effet est causé par la forte corrélation entre la distribution de particules et la vitesse instantanée du gaz. Le modèle k-[ epsilon ] est ensuite étudié et la validité de ses hypothèses de fermeture en écoulement diphasique est éprouvée à l'aide de tests a priori. Une nouvelle formulation de type viscosité turbulente, fonction des paramètres diphasiques, est utilisée pour modéliser le tenseur de Reynolds du gaz. La modélisation du terme de couplage diphasique pour l'équation de taux de dissipation est remise en cause. Une équation de Langevin diphasique est également testée pour modéliser les équations de vitesse de dérive et de covariance des fluctuations de vitesse fluide-particules.

Analyse mathematique et numerique d'une modelisation cinetique d'un brouillard de gouttelettes dans un ecoulement gazeux turbulent
Analyse mathematique et numerique d'une modelisation cinetique d'un brouillard de gouttelettes dans un ecoulement gazeux turbulent

Author: Komla Domelevo

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 160

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

CE TRAVAIL S'INTERESSE A LA MODELISATION, LE CALCUL NUMERIQUE ET L'ETUDE MATHEMATIQUE D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES TURBULENTS CONSTITUES D'UNE PHASE DISPERSEE, DES GOUTTES OU DES PARTICULES, ET D'UNE PHASE CONTINUE, UN GAZ. APRES QUELQUES RAPPELS SUR LES MODELISATIONS EULERIENNES ET LAGRANGIENNES DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DISPERSES, NOUS PRESENTONS LE MODELE UTILISE DANS LA SUITE DE L'ETUDE. IL S'AGIT D'UN MODELE LAGRANGIEN, OU CINETIQUE, QUI PERMET UNE DESCRIPTION DE SPRAYS (I.E. BROUILLARDS DE GOUTTELETTES) POLYDISPERSES QUELCONQUES. DANS UN PREMIER TRAVAIL DE MODELISATION, NOUS NOUS INTERESSONS A L'EFFET DE LA TURBULENCE GAZEUSE SUR LA DISPERSION D'UN SPRAY. CELUI-CI OBEIT A UNE EQUATION CINETIQUE A COEFFICIENTS ALEATOIRES. NOUS ETUDIONS LA STATISTIQUE DES TRAJECTOIRES ALEATOIRES DES PARTICULES SOUMISES A LA TURBULENCE ET ECRIVONS LES EQUATIONS MOYENNES DE TYPE CONVECTION-DIFFUSION DECRIVANT LA DISPERSION D'UN NUAGE DE PARTICULES. DANS LA LIMITE OU LA TURBULENCE DEVIENT UN BRUIT BLANC, LE SPRAY OBEIT A UNE EQUATION CINETIQUE STOCHASTIQUE DONT LA SOLUTION S'EXPRIME A L'AIDE D'UN DEVELOPPEMENT EN CHAOS DE WIENER. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS CONSTRUISONS UNE METHODE NUMERIQUE POUR LE CALCUL DE LA DISPERSION D'UN SPRAY DANS UN ECOULEMENT GAZEUX TURBULENT. LE SPRAY EST DECRIT PAR UN MODELE SEMI-FLUIDE, INTERMEDIAIRE ENTRE UN MODELE FLUIDE ET UNE DESCRIPTION CINETIQUE DE LA PHASE DISPERSEE. LE MODELE SEMI-FLUIDE EST OBTENU PAR INTEGRATION EN VITESSE DE L'EQUATION CINETIQUE DE TYPE CONVECTION-DIFFUSION ET PERMET DE DECRIRE LE SPRAY EN REDUISANT LE NOMBRE D'INCONNUES ASSOCIEES. UN SCHEMA NUMERIQUE, CONSISTENT AVEC LE MODELE SEMI-FLUIDE EST PROPOSE. L'INTERACTION AVEC LE GAZ EST PRISE EN COMPTE PAR UNE METHODE PARTICLE IN CELL. DES RESULTATS NUMERIQUES SONT PRESENTES. DANS UNE DERNIERE PARTIE, NOUS ETUDIONS D'UN POINT DE VUE MATHEMATIQUE UN MODELE CINETIQUE SIMPLIFIE DANS LEQUEL LE GAZ EST DECRIT PAR L'EQUATION DE BURGERS ET LE SPRAY PAR L'EQUATION DE TRANSPORT. NOUS MONTRONS TOUT D'ABORD L'EXISTENCE GLOBALE ET L'UNICITE DE SOLUTIONS REGULIERES POUR LE PROBLEME. NOUS IDENTIFIONS ENSUITE LES ONDES PLANES DONT NOUS MONTRONS LA STABILITE LINEAIRE, PUIS LA STABILITE NON LINEAIRE POUR DE PETITES PERTURBATIONS

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

Author: EFSTRATIOS.. KOUTIVAS

Publisher:

Published: 1986

Total Pages: 181

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

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

Etude expérimentale et modélisation du comportement de particules dans un écoulement de recirculation sur une marche
Etude expérimentale et modélisation du comportement de particules dans un écoulement de recirculation sur une marche

Author: Young-Ho Lee

Publisher:

Published: 1989

Total Pages: 334

ISBN-13:

DOWNLOAD EBOOK

L'ETUDE ENTREPRISE A POUR BUT DE DETERMINER LE COMPORTEMENT DES PARTICULES SOLIDES EMPORTEES DANS UN FLUIDE EN ECOULEMENT TURBULENT COMPRENANT UNE ZONE DE RECIRCULATION DERRIERE UNE MARCHE. UNE DOUBLE DEMARCHE, EXPERIMENTALE PUIS NUMERIQUE, A ETE SUIVIE. LES TRAJECTOIRES ET VITESSES DES GAZ ET DES PARTICULES SOLIDES ONT ETE DETERMINEES POUR DEUX VITESSES MOYENNES AMONT DU GAZ (5,55 M/S ET 10,45 M/S). LES GRANDEURS MOYENNES ET TURBULENTES RELATIVES AU GAZ ET AUX PARTICULES ONT ETE DETERMIHNEES PAR ANEMOMETRIE DOPPLER A LASER. UN CODE DE CALCUL D'ECOULEMENT DIPHASIQUE A ETE UTILISE. L'ECOULEMENT GAZEUX TURBULENT A ETE CALCULE A L'AIDE D'UN MODELE K-, PUIS LA DISPERSION DES PARTICULES DANS L'ECOULEMENT PRECEDENT A ETE DETERMINEE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT MONTRE QUE LES PARTICULES SOLIDES SUIVAIENT D'AUTANT MOINS LE MOUVEMENT DU GAZ QUE LEUR TEMPS DE RELAXATION ETAIT GRAND