Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Calcul adaptatif – Dynamique des fluides“

Dans ce travail, on se propose de faire une étude numérique comparative entre deux formes différentes d’ailettes et de chicanes transversales. La première rectangulaire à bout vif, et la deuxième rectangulaire à bout arrondi, sont disposées en chevauchement dans une conduite bidimensionnelle horizontale de section rectangulaire. Les parois du canal sont rigides, immobiles et isothermes. Le fluide (air) est du type Newtonien, incompressible à des propriétés constantes. Le régime d’écoulement est considéré permanent et purement turbulent. Les équations gouvernantes, basées sur le modèle k-E à bas nombre de Reynolds (LRN) afin de caractériser la turbulence, sont résolues par la méthode des volumes finis à l’aide de l’algorithme Simplec. Le code de calcul numérique en dynamique des fluides Fluent 6.3 est appliqué pour intégrer ces équations sur chaque volume de contrôle. Les calculs sont effectués pour un nombre de Reynolds compris entre 5000 et 20000. Une description détaillée de l’écoulement de fluide et du transfert de chaleur par convection forcée autour de chicanes a été présentée. Les champs et les profils de vitesse axiale, ainsi que la distribution du nombre de Nusselt et l’évolution du coefficient de perte de pression ont été traités le long du canal et pour différents valeurs du nombre de Reynolds. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par l’expérience dans la littérature. Cette comparaison montre qu’il y a un accord qualitatif ainsi qu’une très bonne concordance entre les deux résultats.

L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented
Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control

Cette thèse contribue à la simulation numérique des écoulements d’un fluide compressible modélisé par les équations de Euler et Navier-Stokes : étude d’un sché »ma d’ordre élevé basé sur une matrice de masse, modélisation des écoulements turbulents compressibles à très haut Reynolds, développement des estimateurs et correcteurs d’erreurs a posteriori et a priori, et adaptation de maillage anisotrope pour les fonctionnelles d’observation. Concernant la prédiction des écoulements turbulents, on s’est intéressé aux modèles hybrides de type RANS/LES comportant les nouveautés suivantes : traitement des tourbillons de grande échelle utilisant la formulation VMS (Variational Multi-Scale) et du RANS employé sur la paroi sur une distance imposée via une zone de protection conçue afin d’éviter le phénomène assez commun appelé « grid induced model depletion ». Le niveau de viscosité du modèle VMS-LES est de plus contrôlé par un procédé de double filtre dynamique. La seconde partie concerne l’adaptation de maillage anisotrope pour mieux observer une fonctionnelle d’observation. Les estimations a priori sont réalisées pour le modèle des équations d’Euler et Navier-Stokes en instationnaire en 2D et 3D. A partir de ces estimations, on sait définir les maillages optimaux au cours du calcul instationnaire, en fonction de l’état et de l’état adjoint. Le système d’optimalité est discrétisé et résolu à l’aide d’une méthode de point fixe instationnaire global, comportant une stratégie de stockage/recalcul pour le couplage état/état adjoint. Des applications à la propagation d’ondes de choc et d’ondes acoustiques sont présentées
In this thesis, we first focused on error estimates for unsteady problems. We have contributed to both a posteriori and a priori error estimators for unsteady inviscid problems and viscous unsteady problems. For the first one, we have been interested on linearized methods for reducing dissipation errors. Regarding the a priori errors, a new estimator is proposed with application to viscous compressible flows. These a priori estimators have been employed for goal-oriented anisotropic mesh adaptation problems, for both Euler and laminar Navier-Stokes flows, in a joint work with Gamma3 team we have developed a method to derive an optimal mesh to observe/improve a given output functional in an unsteady context. The weights of the interpolation error are adjoint states in this case. A new global fixed-point algorithm is proposed herein order to converge the couple mesh/solution. We have applied this algorithm for blast wave problems and acoustics, for both 2D and 3D cases

L’objectif de cette thèse est d’analyser et de développer des outils numériques adaptatifs efficaces pour les problèmes d’écoulements souterrains et à surface libre, en proposant une nouvelle méthode d’adaptation basée sur les estimateurs d’erreur a posteriori.Dans la première partie, nous appréhendons le cadre mathématique en présentant une analyse détaillée sur l’existence et l’unicité ainsi que la convergence d’erreur dans les différentes normes pour les équations d’écoulement et de transport en milieux poreux.La deuxième partie est dédiée à une nouvelle stratégie d’adaptation de maillage qui consiste à coupler deux stratégies d’adaptation, à savoir la méthode Adapt et la stratégie Newest Vertex bisection (NVB). La première consiste à diviser un triangle en quatre-sous triangles, et la deuxième, consiste à le diviser en joignant le somment opposé à l’arête la plus longue par son milieu. La conformité de notre méthode émane de cette dernière méthode.La troisième partie est consacrée à la démarche empruntée pour valider notre nouvelle stratégie.Celle-ci s’appuie sur le schéma volumes finis "vertex centered", en considérant l’équation elliptique de second ordre à coefficients discontinus afin de prendre en compte les hétérogénéités du milieu. Des tests numériques viendront corroborer l’efficacité de notre méthode, ainsi que la convergence de l’erreur exacte et de l’estimateur, dont le rapport définit l’indice d’efficacité qui est proche de 1.Dans la quatrième partie, nous avons essayé d’optimiser cette stratégie d’adaptation, en concevant une stratégie multi-niveaux pour aboutir enfin à une nouvelle méthode numérique volumes finis-semi lagrangienne. Son principe est de résoudre le problème par une phase volume finis(phase correcteur) précédée d’une phase lagrangienne utilisant la méthode des caractéristiques(phase prédicteur). La phase volumes finis utilise comme flux numérique aux interfaces le vraiflux physique évalué en un état approché aux interfaces, obtenu dans la phase prédicteur par la méthode des caractéristiques. Elle fait également appel à des processus d’interpolation devant être judicieusement choisis
The main objective of this thesis is to analyze and develop effective adaptive numerical tools for the problems of underground and free-surface flow by suggesting a new adaptation method based on a posteriori error estimators.The first part sets the mathematical framework by providing a detailed analysis of the existence, the uniqueness, and the error convergence in different norms for flow equations and transportin porous media.The second part has been dedicated to a new strategy of mesh adaptation which consists of coupling two strategies ; namely (i) the method Adapt, in which a triangle is divided into four-sub-triangles ; and (ii) the strategy Newest Vertex bisection (NVB), in which a triangle isdivided by joining the middle of the longest edge to the opposite vertex. The conformity of our method emanates from the latter.The objective of the third part is to validate our new strategy. The finite volume scheme "vertex centered" has been then used in consideration of the second-order elliptic equation with discontinuous coefficients to take into account the heterogeneities. The effectiveness of themethod is proven and confirmed by numerical tests, as well as the convergence of the exact error and the estimator ; the ratio of which, when close to 1, defines the efficiency index.In the fourth part, the adaptation strategy has been optimized by designing a multi-level strategy which led to a new numerical method denominated finite volume-semi lagrangian. Its principle is to solve problems by a finite volume phase (corrector phase) preceded by a Lagrangian phase using the characteristics method (predictor phase). The former phase uses a numerical flow at the interfaces. The true physical flow is evaluated in an approximated state at these interfaces. It is obtained during the predictor phase by the characteristics method which is also based on judiciously chosen interpolation processes

Le travail présenté dans ce manuscrit fait partie du projet Grand Largue dont l'objectif est l'implantation de systèmes de propulsion bi-énergie sur des chalutiers et caboteurs. Le travail présenté dans ce mémoire consiste à établir un outil d'aide à la décision afin de déterminer la route la plus économique pour des navires à propulsion hybride. Le routage multi-critère du navire est effectué en utilisant un modèle de comportement du navire en fonction des conditions de navigation. Pour déterminer la consommation du navire sur une route, un modèle flou est construit et identifié en utilisant un processus automatisé. Les données utilisées pour l'identification ne proviennent que des instruments couramment disponibles à bord. Les systèmes d'inférence floue ont été utilisés pour leur propriété d'interpolateurs universels et la possible représentation linguistique de la connaissance acquise sur le comportement du navire. Le modèle de consommation identifié est intégré dans une boucle d'optimisation permettant d'effectuer un routage déterministe du navire. Cette méthode de routage est basée sur une discrétisation systématique de la zone de navigation. Un algorithme génétique ulti-objectif est utilisé afin de déterminer les routes qui minimisent la consommation de fuel avec un temps de parcours fixé ou minimal. Les résultats et bénéfices de la méthode de routage sont illustrés en utilisant un voyage Transatlantique. Les solutions optimales au sens de Pareto obtenues après l'optimisation multi-critère de la route permettent de proposer différentes compromis consommation/temps de parcours à travers un outil d'aide à la décision
The work has been carried out within the project Grand Large the aim of which is to introduce an automated system of sail adjustment especially for trawlers and coasters. In this study sail-assisted motor vessels weather routing is investigated to establish the most economical route by applying available information of the ship behavior regarding the encountered sea-conditions. To derive the vessel's fuel use on a route, a fuzzy logic model is constructed through an automated identification process. Only data collected from actual integrated bridge measurements systems is used. Fuzzy modeling is a framework providing a flexible and transparent athematical structure to describe the physical relationships in a vessel behavior. This consumption model is integrated into a determinist weather-routing optimization workflow based on a systematic meshing scheme of the sailing area. Pareto-optimization with a Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) is used to maximize fuel economy in a limited or optimum time. The benefits of the developed decision helping tool in sail-assisted motor vessel routing are highlighted on a westbound north Transatlantic journey

Cette thèse est consacrée à l’étude théorique ainsi qu’au traitement numérique de fluides incompressibles à surface libre. La première partie concerne un système d’équations appelé le système de Green–Naghdi. Comme le système de Saint-Venant, il s’agit d’une approximation d’eaux peu-profondes du problème de Zakharov. La différence est que le système de Green–Naghdi est d’un degré plus élevé en ordre d’approximation. C’est pourquoi il contient tous les termes du système de Saint-Venant plus de termes d’ordre trois non-linéairement dispersives. Autrement dit, le système de Green–Naghdi peut être vu comme une perturbation dispersive du système de Saint-Venant. Ce dernier système étant hyperbolique, il entre dans le cadre classique développé pour des systèmes hyperboliques. En particulier, il est entropique (au sense de Lax) et symétrique. On peut donc lui appliquer les résultats d’existence et d’unicité bien connus pour des systèmes hyperboliques. Dans la première partie de ce travail, on généralise la notion de symétrie à une classe plus générale de systèmes contenant le système de Green–Naghdi. Ceci nous permet de symétriser les équations de Green–Naghdi et d’utiliser la symétrie obtenue pour déduire un résultat d’existence globale après avoir ajouté un terme dissipative d’ordre 2 au système. Ceci est fait en adaptant l’approche utilisée dans la littérature pour des systèmes hyperboliques. La deuxième partie de ce travail concerne le traitement numérique des équations de Navier–Stokes à surface libre avec un terme de tension de surface. Ici, la surface libre est modélisée en utilisant la formulation des lignes de niveaux. C’est pourquoi la condition cinématique (condition de l’évolution de surface libre) s’écrit sous la forme d’une équation d’advection satisfaite par la fonction de ligne de niveaux. Cette équation est résolue sur une domaine de calcul contenant strictement le domaine de fluide, sur de petits sous-intervalles du temps. Chaque itération de l’algorithme global correspond donc à l’advection du domaine du fluide sur le sous-intervalle du temps associé et ensuite de résoudre le système de Navier–Stokes discrétisé en temps sur le domaine du fluide. Cette discrétisation en temps est faite par la méthode des caractéristiques. L’outil clé qui nous permet de résoudre ce système uniquement sur le domaine du fluide est l’adaptation de maillage anisotrope. Plus précisément, à chaque itération le maillage est adapté au domaine du fluide tel que l’erreur d’approximation et l’erreur géométrique soient raisonnablement petites au voisinage du domaine du fluide. La résolution du problème discrétisé en temps sur le domaine du fluide est faite par l’algorithme d’Uzawa utilisé dans la cadre de la méthode des éléments finis. Par ailleurs, la condition de glissement de Navier est traité ici en ajoutant un terme de pénalisation à la formulation variationnelle associée
This thesis is about theoretical study and numerical treatment of some problems raised in incompressible free-surface fluid dynamics. The first part concerns a model called the Green–Naghdi (GN) equations. Similarly to the non linear shallow water system (called also Saint-Venant system), the Green–Naghdi equations is a shallow water approximation of water waves problem. Indeed, GN equation is one order higher in approximation compared to Saint-Venant system. For this reason, it contains all the terms of Saint-Venant system in addition to some non linear third order dispersive terms. In other words, the GN equations is a dispersive perturbation of the Saint-Venant system. The latter system is hyperbolic and fits the general framework developed in the literature for hyperbolic systems. Particularly, it is entropic (in the sense of Lax) and symmertizable. Therefore, we can apply the well-posedness results known for symmetric hyperbolic system. During the first part of this work, we generalize the notion of symmetry to a more general type of equations including the GN system. This lets us to symmetrize the GN equation. Then, we use the suggested symmetric structure to obtain a global existence result for the system with a second order dissipative term by adapting the approach classically used for hyperbolic systems. The second part of this thesis concerns the numerical treatment of the free surface incompressible Navier–Stokes equation with surface tension. We use the level set formulation to represent the fluid free-surface. Thanks to this formulation, the kinematic boundary condition is treated by solving an advection equation satisfied by the level set function. This equation is solved on a computational domain containing the fluid domain over small time subintervals. Each iteration of the algorithm corresponds to the adevction of the fluid domain on a small time subinterval and to solve the time-discretized Navier–Stokes equations only on the fluid domain. The time discretization of the Navier–Stokes equation is done by the characteristic method. Then, the key tool which lets us solve this equation on the fluid domain is the anisotropic mesh adaptation. Indeed, at each iteration the mesh is adapted to the fluid domain such that we get convenient approximation and geometric errors in the vicinity of the fluid domain. This resolution is done using the Uzawa algorithm for a convenient finite element method. The slip boundary conditions are considered by adding a penalization term to the variational formulation associated to the problem

Cette thèse présente un ensemble de routines pour la résolution des grands systèmes linéaires creuses sur des architectures parallèles. Les approches proposées s'inscrivent dans un schéma hybride combinant les méthodes directes et itératives à travers l'utilisation des techniques de décomposition de domaine. Dans un tel schéma, le problème initial est divisé en sous-problèmes en effectuant un partitionnement du graphe de la matrice coefficient du système. Les méthodes de Schwarz sont ensuite utilisées comme outils de préconditionnements des méthodes de Krylov basées sur GMRES. Nous nous intéressons tout d'abord au schéma utilisant un préconditionneur de Schwarz multiplicatif. Nous définissons deux niveaux de parallélisme: le premier est associé à GMRES préconditionné sur le système global et le second est utilisé pour résoudre les sous-systèmes à l'aide d'une méthode directe parallèle. Nous montrons que ce découpage permet de garantir une certaine robustesse à la méthode en limitant le nombre total de sous-domaines. De plus, cette approche permet d'utiliser plus efficacement tous les processeurs alloués sur un noeud de calcul. Nous nous intéressons ensuite à la convergence et au parallélisme de GMRES qui est utilisée comme accélerateur global dans l'approche hybride. L'observation générale est que le nombre global d'itérations, et donc le temps de calcul global, augmente avec le nombre de partitions. Pour réduire cet effet, nous proposons plusieurs versions de GMRES basés sur la déflation. Les techniques de déflation proposées utilisent soit un préconditionnement adaptatif soit une base augmentée. Nous montrons l'utilité de ces approches dans leur capacité à limiter l'influence du choix d'une taille de base de Krylov adaptée, et donc à éviter une stagnation de la méthode hybride globale. De plus, elles permettent de réduire considérablement le coût mémoire, le temps de calcul ainsi que le nombre de messages échangés par les différents processeurs. Les performances de ces méthodes sont démontrées numériquement sur des systèmes linéaires de grande taille provenant de plusieurs champs d'application, et principalement de l'optimisation de certains paramètres de conception en dynamique des fluides.

Du fait de la raréfaction des gisements de pétrole conventionnel et de l'accroissement de la demande mondiale, les compagnies pétrolières sont amenées à considérer de nouvelles réserves inexploitées car trop coûteuses à l'exploitation il y a quelques années. Ce travail est consacré à la simulation numérique d'un procédé d'extraction de pétrole lourd, le VAPEX, caractérisé par l'injection de solvant facilitant le drainage par gravité de l'huile. L'enjeu principal de cette thèse est de simuler numériquement et avec précision, le mécanisme de pénétration du solvant dans l'huile, cette zone de pénétration étant relativement mince à l'échelle du réservoir. Notre travail a porté sur l'utilisation d’algorithmes de raffinement adaptatif de maillages pour la simulation de ce procédé. Ces considérations nous ont amené à considérer la problématique d'application d'algorithmes de raffinement de maillages en milieu poreux, et plus particulièrement en milieux poreux hétérogènes pour lesquels les indicateurs (ou estimateurs) existants permettant de déterminer les zones à raffiner ne sont pas clairement établis. Dans un premier temps, nous mettons en place l'ensemble des équations que nous sommes amené à résoudre numériquement au cours de l'élaboration des codes de simulation de procédés d'extraction par injection d'eau et de solvant. Nous décrivons ensuite le procédé VAPEX, et nous établissons l'étude semi-analytique de Butler & Mokrys du procédé à laquelle nous ajoutons la prise en compte des termes capillaires. Nous décrivons ensuite deux méthodes mathématiques permettant d'établir des estimateurs a posteriori pour de tels problèmes. Au cours de ce travail, nous mettons en place deux codes de simulation de réservoirs, le premier est un simulateur basé sur une discrétisation des équations par une méthode de discrétisation par éléments finis mixtes hybrides et permettant de simuler des problèmes d'injection d'eau et le second est basé sur une méthode de discrétisation par volumes finis permettant de simuler des procédés d'injection de solvant tels que le VAPEX. Nous utilisons ensuite ces estimateurs par le biais d’un algorithme de raffinement de maillages pour ces deux codes de simulation. L'étude du modèle semi-analytique que nous avons faite du procédé VAPEX montre que sous certaines hypothèses le terme capillaire peut être assimilé à un terme diffusif pour prédire l'avancement du front. Les estimateurs mis en place basés sur les variations des flux permettent de déterminer les zones de front pour des réservoirs hétérogènes. Nous illustrons ce résultat sur une simulation d'un problème d'injection d'eau à l'aide du simulateur mis en place. Les estimateurs mis en place permettent également de capter les fronts des saturations des phases et de concentration des constituants. Nous illustrons ce résultat sur une simulation du procédé VAPEX.Ce travail a amené à la mise en place d’estimateurs permettant de raffiner des maillages autour des fronts de saturation et de concentration pour des milieux poreux hétérogènes au cours de la simulation d'écoulements en milieux poreux. Pour caractériser ces estimateurs, nous avons distingué un front de saturation (resp. concentration), qui correspond est une forte variation de saturation (resp. concentration) engendrant une forte variation du flux, d'un fort gradient de saturation (resp. concentration) qui apparait automatiquement lorsque la perméabilité du milieu poreux varie brutalement. Les extensions de ce travail pourraient permettre de mettre en œuvre plus de simulations faisant varier les termes capillaires et les termes dispersifs affin de mieux apprécier le comportement des estimateurs introduits. Il serait également intéressant d'étudier l'impact des hypothèses faites pour établir les estimateurs empiriques utilisés. Enfin, de tels estimateurs pourraient s'appliquer à des codes de simulation tenant compte de la dispersion en milieu poreux
With rarefaction of conventional petroleum fields and the world supply increase, petroleum companies have to consider new unexploited reserves because of their exploitation cost few years ago. These reserves are called unconventional reserves, mainly heavy oil or extra heavy oil. This work is devoted to the numerical simulation of an extraction process of heavy oil, the VAPEX. VAPEX is characterized by solvent injection in a horizontal well in order to facilitate gravity drainage of oil in a producer well situated in the same way under the injector well. The main stake to simulate this process is to simulate the mechanism of solvent penetration in oil with precision, this penetration zone being very thin drawn to the reservoir scale. We focus our work on application of algorithm of adaptive mesh refinement to simulate this process. This consideration lead us to consider the issue of application of mesh refinement in porous media, especially in heterogeneous porous media for which existing indicators (or estimators) do not allow to determine properly the zone to be refined. The objective of this work is to determine a posteriori estimators for implementation of simulation codes of heterogeneous petroleum reservoirs and their application to the VAPEX process. Firstly, we set the whole equations we have to solve numerically to build simulators of petroleum extraction processes by water injection and solvent injection. Then, we describe the VAPEX process and we establish the semi-analytical study of Butler & Mokrys of this process for which we take in account influence of capillarity. Afterwards, we describe two mathematical methods to establish a posteriori estimators for such problems. One of these methods is based on empirical extrapolation of existing estimators for hyperbolic problems given by Ohlberger. In the course of this work, we set two simulation codes of petroleum reservoirs, the first is a simulator based on equations discretisation by mixed finite element method allowing simulation of water injection problems and the second is based on discretisation by finite volumes method allowing simulation of solvent injection processes like the VAPEX. Then, we apply these estimators to an algorithm of mesh refinement for these two simulation codes. The study of the semi-analytical model set of the VAPEX process show that under hypothesis, capillarity can be likened to a diffusive term to determine the front tracking. Estimators set are based on flux variation and allow determining sharp zone to be refined in heterogeneous porous media. We illustrate this result for a simulation of water injection with the simulator built. The estimators set can also track saturations fronts and concentrations fronts. We illustrate this result on a simulation of the VAPEX process. This work shows it is possible to set estimators allowing mesh refinement to track saturations and concentrations fronts during simulation of flow in heterogeneous porous media. To set such estimators, we make a distinction between saturation (resp. concentration) front and high saturation (resp. concentration) gradient. To our point of view, a front is a high variation of saturation or concentration that has a high impact on the flux variation. It is different from a high gradient that appear automatically where the permeability of the porous media has a high variation. This work could be complemented by making more simulations with variations of capillarity and dispersive terms in order to have a better appreciation of estimators introduced. It would be advisable to study the impact of suppositions done to establish these empirical estimators set. After all, such estimators could be applied to a simulation code taking in account dispersion in porous media

L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented
Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control

Une etude numerique des ecoulements diphasiques en tuyere est presentee, ecoulements qui sont dus a l'injection d'une phase dispersee (gouttes) dans un ecoulement gazeux. La phase continue est compressible et supposee non visqueuse. On ecrit le systeme d'equations regissant l'ecoulement diphasique instationnaire, systeme qui est issu d'une approche eulerienne. Une etude monodimensionnelle de l'injection est realisee. On etudie dans un premier temps l'influence sur l'ecoulement des termes de transfert entre phases, et plus particulierement sur le regime d'ecoulement au col de la tuyere. On montre qu'au col, ou l'ecoulement est initialement sonique, il peut devenir subsonique sous l'effet de l'injection. Ensuite on presente le developpement d'un code de calcul monodimensionnel implicite. L'algorithme de resolution est base sur la methode aux differences finies de beam et warming. Finalement une approche bidimensionnelle plane est presentee. La methode de resolution est une methode explicite aux differences finies (mac-cormarck). Les equations sont resolues dans deux cas. Le premier est relatif a un ecoulement qui est diphasique des la section d'entree de la tuyere. Le second cas est une simulation instationnaire de l'injection de gouttes dans un ecoulement monophasique

Ce chapitre expose les techniques de co-simulation, visant à tirer parti des fonctionnalités de solveurs en dynamique des structures et des fluides afin de représenter les interactions fluide/structure pour des géométries réelles, comme des profils portants déformables. Les principaux algorithmes de couplage, mis en œuvre avec des outils généralistes, sont discutés et des exemples de validation et d’applications sont également proposés.