Academic literature on the topic 'Dispersion lagrangienne'

Le Laboratoire de Sondages Electromagnétiques de l'Environnement Terrestre a une pratique confirmée de la mise en oeuvre des radars Doppler VHF pour la réalisation de mesures eulériennes des courants marins en zone côtière. Avec ce même instrument, on peut réaliser, simultanément aux mesures eulériennes, des mesures lagrangiennes en effectuant le suivi, avec le radar, de flotteurs dérivants de surface équipés de balises. Nous proposons une méthode d'utilisation couplée des données eulériennes et lagrangiennes pour estimer l'importance des phénomènes de diffusion horizontale. L'influence de la résolution spatiale des mesures de courant et du nombre de flotteurs sur la précision des mesures de dispersion a été discutée. Une validation de cette méthode a été effectuée à partir d'une étude numérique sur un exemple de panache fluvial (I'étude de ce dernier est un des axes principaux de recherche du LSEET). Cette étude montre que l'erreur sur l'estimation de ce coefficient pour 5 bouées lâchées et avec une résolution spatiale de (500 x 500) m- peut être de l'ordre de 35%. On obtient ainsi un instrument particulièrement complet de diagnostic dynamique en zone côtière, présentant un grand intérêt pour l'étude d'un rejet ou le transport d'un contaminant.

Abstract. Temporal variations in the amount of radionuclides released into the atmosphere during the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FNPS1) accident and their atmospheric and marine dispersion are essential to evaluate the environmental impacts and resultant radiological doses to the public. In this paper, we estimate the detailed atmospheric releases during the accident using a reverse estimation method which calculates the release rates of radionuclides by comparing measurements of air concentration of a radionuclide or its dose rate in the environment with the ones calculated by atmospheric and oceanic transport, dispersion and deposition models. The atmospheric and oceanic models used are WSPEEDI-II (Worldwide version of System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information) and SEA-GEARN-FDM (Finite difference oceanic dispersion model), both developed by the authors. A sophisticated deposition scheme, which deals with dry and fog-water depositions, cloud condensation nuclei (CCN) activation, and subsequent wet scavenging due to mixed-phase cloud microphysics (in-cloud scavenging) for radioactive iodine gas (I2 and CH3I) and other particles (CsI, Cs, and Te), was incorporated into WSPEEDI-II to improve the surface deposition calculations. The results revealed that the major releases of radionuclides due to the FNPS1 accident occurred in the following periods during March 2011: the afternoon of 12 March due to the wet venting and hydrogen explosion at Unit 1, midnight of 14 March when the SRV (safety relief valve) was opened three times at Unit 2, the morning and night of 15 March, and the morning of 16 March. According to the simulation results, the highest radioactive contamination areas around FNPS1 were created from 15 to 16 March by complicated interactions among rainfall, plume movements, and the temporal variation of release rates. The simulation by WSPEEDI-II using the new source term reproduced the local and regional patterns of cumulative surface deposition of total 131I and 137Cs and air dose rate obtained by airborne surveys. The new source term was also tested using three atmospheric dispersion models (Modèle Lagrangien de Dispersion de Particules d'ordre zéro: MLDP0, Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model: HYSPLIT, and Met Office's Numerical Atmospheric-dispersion Modelling Environment: NAME) for regional and global calculations, and the calculated results showed good agreement with observed air concentration and surface deposition of 137Cs in eastern Japan.

Un champ de turbulence bidimensionnelle est caracterise par trois elements de base: les structures coherentes ou la rotation domine, un premarecage turbulent a la peripherie des tourbillons qui est domine par les deformations et, enfin, un marecage constitue par le milieu residuel entre les tourbillons ou la rotation equilibre la deformation. Dans le cadre de cette topographie nous etudions les comportements statistiques de la dispersion lagrangienne aux differentes echelles d'espace et de temps en considerant deux points essentiels: i) les limites de tolerance des approches purement euleriennes; ii) les ouvertures favorisees par les analyses lagrangiennes. Nous proposons une modelisation qui permet de cartographier la valeur asymptotique a grande echelle du coefficient de dispersion absolue dans le cas non homogene et qui complete celle deja existante dans le cas homogene 2-d. La dispersion relative dans les cascades d'enstrophie et d'energie est ensuite etudiee analytiquement et a l'aide des experiences numeriques. Nous nous interessons en particulier a ses comportements statistiques dans le domaine inertiel de la cascade d'energie et analysons les conditions d'observations de la loi auto-similaire de richardson. Nous montrons qu'il existe des zones privilegiees d'affluence particulaire au sein desquelles les predictions auto-similaires sont mieux verifiees et qui sont des sieges de mecanisme de cascade inverse. Nous proposons, enfin, une nouvelle formulation de la loi de richardson dans la cascade d'energie d'une turbulence bidimensionnelle

Le travail présenté dans cette thèse est consacré à l'étude des écoulements diphasiques dilués où la phase dispersée est constituée de gouttelettes susceptibles de s'évaporer. Une approche dite lagrangienne a été adoptée pour le traitement de la phase dispersée. Elle consiste à simuler la dispersion d'un nombre relativement important d'inclusions afin de réaliser des statistiques par simple moyenne sur leurs caractéristiques. L'idée est de résoudre la loi fondamentale de la dynamique pour chaque inclusion. On simule le mouvement des inclusions dans l'écoulement, on déduit alors des termes d' échange de quantité de mouvement, d'énergie, de chaleur, … entre les phases que l'on réintroduit dans les équations de la phase continue: c'est un couplage à deux sens (« two way coupling »). Lorsque l'écoulement est suffisamment dilué, le couplage retour (des inclusions vers le fluide) peut être négligé et les équations de la phase continue se ramènent aux équations de Navier-Stockes classiques (« one way coupling »). La fluctuation de vitesse du fluide le long de la trajectoire de chaque particule est simulée à l'aide d'un modèle stochastique. Le phénomène de vaporisation est pris en compte par un modèle à conduction infinie disponible dans la littérature. Cette approche se traduit sur le plan numérique par un couplage à un code existant, destiné à l'origine au calcul d'écoulements dans des géométries complexes, d'un module de calcul lagrangien capable de fournir des termes sources qui modélisent l'action d'inclusions sur le fluide. La validation du code a été effectuée tout d'abord en l'absence d'évaporation sur l'expérience classique de Hishida et Maeda, qui a servi de cas test à pratiquement toutes les simulations lagrangiennes de ce type. Les résultats concernant l'évaporation de gouttes montrent globalement une bonne cohérence avec les prédictions d'un code développé au CORIA
TThe present work is devoted to the study dilute two-phase flows where the dispersed phase is made of droplets that may eventually evaporate. A Lagrangian approach has been developped for the treatment of the dispersed phase: it consists to simulate the dispersion of a relatively large number of particles in order to get statistical quantities by simple averages. The idea is to solve the fundamental law of dynamics for each particle. From the motion of the particles within the flow is simulated, we deduce the momentum, energy, heat. . . Transfer terms between phases. These terms are then introduced into the continuous phase equations, making the whole method a two-way coupling one. In the case of sufficiently dilute flows, the feedback (from the particles two the fluid) can be neglected and the continuous phase equations reduce to the classical Navier-Stokes ones with one way-coupling only. A stochastic model is used to simulate the fluctuations of the velocity along each particle trajectory. Vaporisation is accounted for by using a finite conduction model from the litterature. Numerically speaking, this approach is coupled to an existing code, for computing complex geometry flows, by means of a Lagrangian module. The latter provides the necessary source terms that model the particles' influence onto the fluid. We first validate the code in the absence of evaporation, using the classical Hishida and Maeda experiment, a widely employed test-case for most Lagrangian simulations of this kind. In the presence of dropplets evaporation our results are consistent with predictions of a code developped at CORIA

L'objectif de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents diphasiques rencontrés dans les chambres de combustion. Six méthodes de modélisation lagrangienne de la dispersion de particules sont étudiées (approche déterministe instationnaire et cinq modèles stochastiques). Les résultats des simulations ont été comparés entre eux et à des résultats expérimenatux dans trois configurations de base (turbulence de grille, zone de mélange, marche descendante). Les comparaisons montrent l'importance des structures instationnaires, elles conduisent à la sélection d'un modèle stochastique "à une particule" basé sur un critère temporel et sur un critère spatial. Quatre modèles d'évaporation d'une goutte isolée sont décrits ("Frossling", conduction infinie, conduction limitée, conduction effective), puis comparés dans des conditions représentatives des applications de combustion. L'auto-inflammation d'une goutte de carburant est traitée à l'aide de critères basés sur les caractéristiques locales de l'écoulement. Les interactions goutte-paroi et entre gouttes sont étudiées à partir de la bibliographie. Leur importance est mise en évidence dans trois configurations (zone de mélange, marche descendante, jet monodisperse). Les interactions entre la phase dispersée et l'écoulement porteur sont calculées à l'aide de termes sources introduits dans les équations décrivant la phase continue. L'association de tous les modèles considérés conduit à la mise au point d'un programme modulaire de simulation des principaux phénomènes physiques liés à la combustion d'un carburant liquide. Les résultats obtenus grâce à ce logiciel sont présentés pour deux points de fonctionnement d'un module de pré-mélange pauvre (cas test, conditions réelles). Les comparaisons avec les résultats expérimentaux du cas test montrent le bon fonctionnement du programme.

Dans différents procédés industriels on retrouve le problème de base du mélange de deux fluides. Les caractéristiques complexes des écoulements internes dans les dispositifs de mélange utilises justifient fortement l'utilisation de la simulation numérique, qui doit allier des méthodes numériques performantes et des modèles de turbulence adaptes pour une description précise des phénomènes de transfert de masse ou de chaleur pendant le processus de mélange. L’objectif principal de ce travail est ainsi d'étudier des modèles de turbulence applicables aux situations de mélange industriel. On propose, en outre, une implantation numérique sous la forme d'un code de calcul applicable aux géométries complexes tridimensionnelles. En ce qui concerne le calcul hydrodynamique, on propose l'utilisation du modèle de turbulence a deux équations k- dans un contexte d'écoulement tridimensionnel. On évalue aussi quelques modifications de ce modèle pour le cas ou une rotation d'ensemble agit sur le champ turbulent. Concernant la modélisation du transport scalaire, deux types d'approche sont étudiés à savoir: une approche eulérienne classique avec fermeture au premier ordre, et une autre approche de type lagrangien-stochastique dont l'utilisation est un peu moins classique dans ce type de situation. Face aux géométries complexes qu'on retrouve dans les problèmes de mélange industriel, on a choisi une approche numérique s'appuyant sur la méthode des éléments finis. Un ensemble de résolution de problèmes hydrodynamiques et thermiques est présenté pour lesquels un nombre important d'informations d'origine expérimentale est disponible. On s'intéresse notamment a la résolution d'un problème complexe de mélange dans une situation de jet turbulent tridimensionnel pénétrant perpendiculairement dans une couche limite

L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, combustion,...). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage « two-way ») interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. L'influence de la turbulence de l'écoulement gazeux sur le mouvement d'une particule est simulée par un modèle de dispersion anisotrope permettant de générer les fluctuations de vitesses et de température du fluide vu par une particule. Les développements numériques apportés au modèle en conduite ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les différents tests de sensibilité ont permis de mettre en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence (actions directes et indirectes des particules sur le fluide) sur le comportement dynamique et thermique de la suspension. Le modèle est capable de prédire les échanges thermiques en présence de particules pour une large gamme d'écoulements à la fois en conduite verticale et en conduite horizontale. Cependant, des difficultés d'ordre numérique subsistent pour les simulations en couplage « two-way » en présence de très petites particules pour des taux de chargement supérieurs à 1. Ceci est lié aux problèmes de modélisation des termes de couplage entre les deux phases (en particulier les coefficients de modélisation de l'équation de transport de la dissipation, Ce2 et Ce3 ).

Une simulation des grandes échelles est utilisée pour étudier la dispersion de scalaires passifs, des particules solides et des gouttelettes dans une couche limite turbulente. Etant donné que de nombreux processus physico-chimiques, comme les réactions chimiques, les collisions, la coalescence, la fragmentation ou l'évaporation des gouttelettes ont lieu à des échelles bien plus petites que la maille, l'équation stochastique de Langevin est utilisée pour déterminer la composante petite échelle de la vitesse des particules suivies. Le modèle stochastique est exprimé uniquement en fonction des grandeurs obtenues par la SGE avec le modèle dynamique de sous-maille Germano et al. (1991). Enfin, la coalescence et la fragmentation sont introduites par un modèle probabiliste de coalescence et de fragmentation inspiré du modèle stochastique de fragmentation de Apte et al. (2003). Les résultats des différents modèles introduits sont confrontés à diverses expériences de laboratoire
In order to study the dispersion of industrial stack emissions, a large eddy simulation with the dynamic subgrid-scale model of Germano et al. (1991) is coupled with Lagrangian tracking of fluid particles containing scalar, solid particles and droplets. Because most interactions between particles, such as chemical reactions, collisions, coalescence, breakup or evaporation, take place at a subgrid scale, it is important to model the movement of particles below the grid. Therefore, a Langevin model is coupled with the LES. The stochastic model is written in terms of subgrid-scale statistics at a mesh level. Finally, a model for droplet coalescence and breakup is implemented. Coalescence and breakup are considered as a stochastic process under the scaling symmetry assumption. The model is inspired by the stochastic model for secondary breakup of Apte et al. (2003). The results of the different models implemented in the LES are compared with various wind tunnel experiments

Pour donner de bons conseils de gestion, la connectivité dans les zones côtières doit être parfaitement comprise. Le fil rouge de cette thèse est l'analyse de l'incertitude du modèle SYMPHONIE2015 et son effet sur les simulations de dispersion larvaire. Dans le premier chapitre, la robustesse du modèle à la violation des hypothèses a été testée. Cela a été fait en calculant six indicateurs statistiques relatifs et absolus pendant et en dehors des événements de vent, de vagues et de stratification. Les résultats ont montré que les performances du modèle ne sont pas affectées par ces événements. Dans le deuxième chapitre, l'erreur instantanée a été calculée. Ensuite, les distributions d'erreurs cumulées ont été comparées les unes aux autres dans l'espace et dans le temps. Avec le temps, les différences intrasaisonnières dans les distributions d'erreurs étaient plus petites que les différences intersaisonnières. Dans l'espace, huit groupes de distributions d'erreurs pourraient être formés. Aucun lien n'a été trouvé entre les performances du modèle et la stratification, la profondeur d’eau, la résolution et la pente. Cependant, une forte corrélation entre la vitesse du courant et les distributions d'erreurs a été trouvée. Dans le chapitre trois, l'erreur instantanée a été ajoutée en tant que bruit aux simulations de dispersion lagrangienne et comparée à l'exécution initiale pour évaluer l'effet de l'erreur des modèles sur la connectivité. La différence médiane de taux de transfert entre les analyses avec et sans bruit est nulle pour la plupart des zones. Cependant, la différence relative de taux de transfert peut varier de -100 % à 100 %. Connaître les incertitudes dans les simulations de dispersion peut aider à les utiliser pour des conseils de gestion
To give sound management advice, the connectivity in coastal areas must be thoroughly understood. The red thread throughout this PhD is analysing the uncertainty of the SYMPHONIE2015 model and its effect on larval dispersal simulations. In the first chapter, the robustness of the model to assumption violation was tested. This was done by calculating six relative and absolute statistical indicators during and outside of wind, wave and stratification events. The results showed that the model’s performance is not affected by these events. In the second chapter, the instant error was calculated. Then, the cumulative error distributions were compared to each other in space and time. In time, the intraseasonal differences in error distributions were smaller than the interseasonal ones. In space, eight groups of error distributions could be formed. No link was found between the model’s performance and stratification, water depth, resolution and bathymetry slope. However, a strong correlation between the current speed and the error distributions was found. In chapter three, the instant error was added as noise to the Lagrangian dispersal simulations and compared to the original run to assess the effect of the models’ error on connectivity. The median difference in transfer rate between the runs with and without noise around zero. However, the relative difference in transfer rate can vary from -100% to 100%. Knowing the uncertainties in dispersal simulations can aid in using them for management advice