Dissertations / Theses: 'Écoulement instationnaire (dynamique des fluides) – Simulation, Méthodes de'

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Gevrin, Frédéric. "Modélisation dynamique de la fluidisation solide-liquide." Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT002G.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'application d'un modèle diphasique eulérien à la fluidisation solide-liquide. L'approche utilisée pour décrire le mouvement de la phase solide est issue de la théorie cinétique des milieux granulaires, en y incluant les effets du fluide interstitiel à différentes échelles (mouvement moyen et fluctuant). Le calcul est 2D et instationnaire. Le modèle est d'abord évalué en comparant l'évolution de la pression granulaire en fonction de la fraction solide aux données expérimentales de Zenit et al. , dans une gamme étendue de concentration et pour trois types de billes (nylon, verre et acier)fluidisées dans de l'eau et présentant des nombres de Stokes particulaires contrastés. Cette comparaison a permis de valider globalement l'approche proposée, en notant toutefois que l'écart observé entre valeurs calculées et mesurées décroît lorsque le nombre de Stokes augmente. Les mécanismes de production/dissipation des fluctuations de la phase solide sont ensuite analysés en évaluant le poids respectif des termes source/puits et par une étude de sensibilité du modèle aux différents paramètres et lois de fermeture. Cette étude met en évidence les effets dominants du terme de dissipation par la force de traînée et du terme de production par le cisaillement moyen, dans la plupart des cas étudiés.

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Sicot, Frédéric. "Simulation efficace des écoulements instationaires périodiques en turbomachines." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2009. http://www.theses.fr/2009ECDL0019.

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Abstract:

De nombreuses applications industrielles impliquent des écoulements périodiques en temps. La détermination d’une frontière de flottement d’une aile ou les écoulements rencontrés dans les compresseurs de moteurs d’avions constituent quelques exemples. Les méthodes instationnaires classiques de simulation ne sont pas assez efficaces puisque l’état périodique n’est atteint qu’après un long transitoire. De nouvelles méthodes dédiées à ce type d’écoulements ont été étudiées récemment. Ces méthodes, dites d’équilibrage harmonique, permettent de simuler un écoulement périodique en temps à l’aide de plusieurs calculs stationnaires couplés. L’efficacité de ces méthodes permet d’obtenir un degré de précision suffisant pour l’ingénieur beaucoup plus rapidement que les méthodes classiques. Cette thèse se propose de mettre en oeuvre l’une de ces méthodes, la Time Spectral Method (TSM), dans le solveur elsA de l’Onera. Elle est étendue à une formulation prenant en compte les déformations de maillage pour des applications en aéroélasticité et des algorithmes implicites sont également développés afin d’améliorer la robustesse. La TSM est d’abord validée avec succès sur des applications d’aérodynamique externe. L’extension aux turbomachines nécessite des interpolations temporelles et spatiales complexes pour réduire le domaine de calcul à un seul canal par roue quelque soit la géométrie. Des applications d’interactions rotor/stator et d’aéroélasticité sont présentées
Many industrial applications involve flows periodic in time. Flutter prediction or turbomachinery flows are some examples. Such flows are not simulated with enough efficiency when using classical unsteady techniques as a transient regime must be by-passed. New techniques, dedicated to time-periodic flows and based on Fourier analysis, have been developed recently. These methods, called harmonic balance, cast a time-periodic flow computation in several coupled steady computations, corresponding to a uniform sampling of the period. Their efficiency allow to get a precision good enough for engineering but much faster than classical nonlinear timemarching algorithms. The present study aims at imlementing one of these, the Time Spectral Method, in the ONERA solveur elsA. It is extended to an arbitrary lagrangian/eulerian formulation to take into mesh deformation for aeroelasticity applications. New implicit algorithms are developped to improve robustness. The TSM is successfully validated on external aerodynamic applications. Turbomachinery flows necessitate complex space and time interpolations ro reduce the computational domain to a single blade passage per row regardless of its geometry. Some applications in rotor/stator interactions and aeroelasticity are presented

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Mate, Annie. "Intéractions goutte-paroi dans un contacteur liquide-liquide." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT008G.

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Abstract:

Le travail de cette these s'inscrit dans le cadre de la modelisation des contacteurs liquide-liquide munis d'internes. Les interactions goutte-fluide et goutte-paroi telles que le rebond et l'adhesion des gouttes sur la surface des parois internes sont etudiees dans le cas d'une colonne pulsee a disques et couronnes. Le travail de ce memoire comporte trois parties : - dans la premiere partie, la trajectoire d'une goutte unique soumise a un ecoulement pulse dans la colonne est etudiee. Dans ce but, une technique de traitement d'images permettant de reconstruire la trajectoire 3d d'une goutte unique, a ete mise au point. L'analyse des trajectoires pour divers regimes d'ecoulement a permis d'eclairer le fonctionnement du contacteur, en fonction du diametre des gouttes et du nombre de reynolds de l'ecoulement. La simulation de ces trajectoires a ete effectuee a l'aide d'un code de calcul lagrangien. Les ecarts observes sont interpretes au travers des interactions goutte-paroi et goutte-fluide porteur. - la deuxieme partie est consacree a l'etude du rebond d'une goutte en mouvement ascendant contre une paroi solide horizontale. Les trajectoires d'une goutte impactant contre une surface plane dans un fluide au repos sont enregistrees et analysees pour differents systemes, en etudiant l'influence du nombre capillaire et du nombre de reynolds particulaire. L'analyse de ces trajectoires souleve le probleme de la notion meme de coefficient de restitution telle qu'elle est utilisee dans le code de calcul lagrangien. Un modele de rebond a ensuite ete teste avec succes. L'originalite de ce modele repose sur l'introduction, dans l'equation de trajectoire de la goutte, de la force capillaire exercee sur la goutte deformee au voisinage de la paroi. - enfin, l'etude de la force critique de detachement d'une goutte adherant sur une paroi et soumise a un ecoulement pulse est abordee. La frequence critique est enregistree pour differents diametres et deux tensions interfaciales. Le role des forces hydrodynamiques s'exercant sur la goutte est clairement explicite en fonction des conditions de pulsation et de la position radiale de la goutte. Dans le cas ou la force de trainee est dominante, on montre qu'au moment du detachement, la force hydrodynamique calculee est egale a la force d'adhesion.

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Callot, Stanislas. "Analyse des mécanismes macroscopiques produits par les interactions rotor/stator dans les turbomachines." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/scallot.pdf.

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Abstract:

L'écoulement instationnaire produit par le défilement des roues mobiles face aux roues fixes dans les turbomachines se caractérise par des échelles de temps et d'espace très variées. Numériquement, la prise en compte de ces effets nécessite de nouvelles modélisations. Ce travail a pour objectif une meilleure compréhension des mécanismes instationnaires dans les machines multiétagées. Pour s'affranchir de toute hypothèse restrictive sur les périodicités spatiales, les simulations numériques sont effectuées sur la circonférence complète de chaque roue. Pour l'étage isolé, on démontre que l'écoulement présente une périodicité spatio-temporelle qui est décrite par la décomposition en double série de Fourier de Tyler & Sofrin. Les modes spatiaux permettent de préciser l'interaction entre les grilles et un parallèle est fait avec la décomposition d'Adamczyk. La simulation numérique complète d'un étage et demi propose une extension de l'analyse des interactions en configuration multiétagées
Unsteady phenomena produced by the relative motion between fixed and moving rows in turbomachinery is caracterized by different scales in space and time. From the numerical point of view, taking into account those effets requires new models. The purpose of this work is a better understanding of the unstaeday mechanisms in a multistage turbomachinery. In ordre to cast of any restricting hypothesis over the spatial periodicities, numerical simulations are operated over the whole circumference of each row. In the single stage case, it is shown that the unsteady flow presents a phase-lagged periodic condition which may be described by the double Fourier decomposition proposed by Tyler & Sofrin. The spatial modes precise the interaction between rows and a comparison is made with the Adamczyk's decomposition. The numerical simulation of a one and a half stage brings an extension of the analysis of the interactions in a multistage machine

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Al, Isber Aziz. "Modélisation de l'écoulement instationnaire décollé à la traversée d'un diaphragme par la méthode des vortex aléatoires." Toulouse, ENSAE, 1991. http://www.theses.fr/1991ESAE0002.

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Abstract:

La méthode des vortex aléatoires est appliquée à la simulation de l'écoulement instationnaire à la traversée d'un diaphragme. La géométrie axisymétrique étudiée nécessite l'extension des concepts, plans aux éléments tourbillonnaires du type ruban et d'anneaux. Grâce à une réduction importante du temps de calcul, des comparaisons avec les résultats expérimentaux à partir d'un fichier de 1000 pas de temps ont été réalisées. Elles portent sur la description physique de l'écoulement (visualisation qualitative des structures tourbillonnaires), sur les champs de vitesse et de pression ainsi que sur les corrélations et analyses spectrales. Ces comparaisons quantitatives sont très satisfaisantes, grâce à l'incorporation dans le modèle d'un mécanisme de réduction temporelle de la circulation des anneaux tourbillonnaires.

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Delay, Guillaume. "Analyse des écoulements transitoires dans les systèmes d'injection directe essence : effets sur l'entraînement d'air instationnaire du spray." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7367/1/delay1.pdf.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de déterminer l'effet des fluctuations de débit liquide instantané d'un injecteur sur l'entraînement d'air instationnaire d'un spray conique creux de type injection directe essence. Pour ce faire, nous utilisons plusi eurs outils, expérimentaux et numériques. Une méthode de mesure de débit liquide instantané, basée sur la modélisation physique des écoulements pulsés est utilisée. La mesure de la vitesse (Anémométrie Laser Doppler) de l'écoulement à l'axe de la conduite alimentant l'injecteur suffit pour reconstruire l'écoulement avant l'injecteur. Un logiciel de modélisation hydraulique et mécanique (AMESim) permet d'obtenir le débit liquide instantané en sortie de l'injecteur. La validation est réalisée grâce aux résultats de la méthode de reconstruction et à des mesures de pression de rampe d'injection. La Vélocimétrie par Images de Particules Fluorescentes (FPIV), adaptée aux milieux diphasiques denses, donne accès à l'écoulement d'air autour et à l'intérieur du spray cônique. Des mesures de vitesse d'air à proximité de la nappe diphasique permettent de déterminer l'entraînement d'air instationnaire du spray. En se basant sur des données de granulométrie et de vitesse du carburant en sortie de l'injecteur, l'analyse des échanges de quantité de mouvement des gouttes vers l'air permet enfin de proposer un modèle d'entraînement instationnaire fidèle aux mesures FPIV.

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Hauville, Frédéric. "Optimisation des méthodes de calculs d'écoulements tourbillonnaires instationnaires." Phd thesis, Université du Havre, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00125000.

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Abstract:

Nous étudions les écoulements à l'aide des méthodes de calcul décrivant le transport du tourbillon. Ces méthodes sont basées sur une discrétisation volumique des zones tourbillonnaires en particules que l'on suit dans leur mouvement. Ces dernières portent un vecteur tourbillon qui évolue dans le temps en fonction des distorsions locales du champ de vitesse. Ces modélisations numériques d'écoulements tourbillonnaires instationnaires en formulation lagrangienne présentent la particularité d'être bien adaptées à la description de phénomènes complexes, mais ont la réputation d'être coûteuses en temps de calcul.

Le cadre général de cette thèse est l'amélioration de l'efficacité de ces méthodes sous trois aspects :
- décomposition linéaire / non linéaire
- approximation par domaine
- la programmation parallèle (PVM).

Des applications concernant des problèmes d'énergie éoliens, soit sur des générateurs à hélice (éolienne), soit sur les voiles de bateau pour l'interaction fluide/structure sont développés.

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Buffat, Marc. "Étude de la simulation numérique par une méthode d'éléments finis des écoulements internes subsoniques instationnaires bi et tridimensionnels." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10002.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement de méthodes numériques pour simuler et étudier les écoulements internes subsoniques. L'approche utilisée tente aussi de montrer les liens qui existent entre la physique, l'analyse numérique et l'informatique lorsque l'on réalise des expériences numériques en mécanique des fluides. Dans le premier chapitre, on étudie une modélisation des écoulements internes subsoniques, basée sur une approximation de faible nombre de mach. Dans le second chapitre, on analyse différents schémas numériques d'intégration d'une équation de conservation scalaire. On montre en particulier que la résolution numérique précise d'un problème instationnaire nécessite des schémas en temps d'ordre 2 et des discrétisations spatiales par éléments finis précises. Dans le troisième chapitre, on développe une méthode numérique performante pour résoudre le système d'équations de conservation décrivant les écoulements interne subsoniques. Cette méthode numérique utilise des schémas en temps semi-implicite d'ordre 1 ou implicite d'ordre 2, une approximation par éléments finis p1/iso p2 et un algorithme de résidu minimal pré-conditionné de type Uzawa pour résoudre le problème de Lagrange variationnel. Dans le chapitre suivant on analyse les techniques mises en œuvre pour implanter et optimiser cette méthode numérique. Dans le dernier chapitre, on étudie l'écoulement dans un canal autour d'une rangée périodique de cylindres. Grâce à la simulation numérique on a caractérisé les premières instabilités qui apparaissent, et on a mis en évidence un couplage entre une instabilité principale de canal (de type Tolmien-Schliechting) avec une instabilité de sillage (de type allée de Karman)

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Troadec, François. "Simulation numérique directe d'un écoulement supercritique pour validation des approches RANS et LES." Rouen, 2010. http://www.theses.fr/2010ROUES043.

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Abstract:

Le travail effectué au cours de cette thèse a été de développer et implémenter des outils capables d’aider à la simulation numérique d’écoulements cryogéniques, en proposant des cas-tests basés sur des expériences «numériques» via l’utilisation de la Simulation Numérique Directe (DNS). Les problèmes rencontrés au cours des différentes expériences, dus aux conditions d’utilisation (une pression supérieure à 50 Bar et des réactifs très inflammables), amènent donc les industriels à développer de nouveaux outils numériques. En effet, au delà d’une certaine pression, la distinction entre la phase liquide et la phase gazeuse disparaît et les interactions intermoléculaires ne peuvent plus être négligées ce qui affecte les mécanismes de transport. Différents modèles de la littérature ont été étudiés et comparés à des données de référence (NIST). Certains ont ensuite été introduits dans le code de simulation Asphodèle, basé sur une formulation bas nombre de Mach. La configuration étudiée permet de simuler la déstabilisation d’un jet en condition supercritique. L’objectif principal étant de se rapprocher au plus près des conditions réelles de fonctionnement et de tester la formulation bas nombre de Mach utilisée pour la première fois en écoulement supercritique. Enfin, disposant de résultats issus d’une simulation numérique directe, nous avons évalué, à partir de tests a priori, la pertinence de modèles utilisées dans certaines simulations supercritiques RANS ou LES, tel le modèle de variable de mélange ou l’utilisation des variables filtrées dans l��équation d’état
The main aim of this work is to develop tools able to realise numerical simulation of cryogenic flows by proposing tests case based on numerical experiments through the use of Direct Numerical Simulation (DNS). Many problems encountered during experiments are due to experimental conditions (high pressure and very flammable reactives) that impose researchers to consider new numerical ways. Indeed, beyond a given pressure, the distinction between liquid and gaseous phase disappears and molecular interactions can’t be neglected anymore. This affects thermo-physical variables. So, different physical models have been studied and results have been compared to reference data (NIST). Some of them have been introduced in Asphodele solver. This solver is based on a low Mach number formulation. The reference configuration used simulates the destabilization of a jet in supercritical condition. Main aim being to reach conditions present inside the rocket’s combustion chamber and to test low Mach number formulation applied in supercritical flows. Finally, from results extracted from DNS simulation, a priori tests are used to study RANS and LES terms modelisation like the mixture fraction formulation (RANS) and the use of filtered variable in equation of state (LES)

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Le, Touzé David. "Méthodes spectrales pour la modélisation non-linéaire d'écoulements à surface libre instationnaires." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00370200.

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Abstract:

Les méthodes spectrales sont connues pour leurs propriétés de convergence rapide et de précision. Cependant, leur application à l'hydrodynamique navale reste encore aujourd'hui peu étendue. Le but de ce doctorat est d'étudier les possibilités de leur application à la génération et propagation de houle, dans le cadre de la théorie des écoulements potentiels.
Un bilan des différentes approches spectrales employées jusqu'à présent en hydrodynamique navale est d'abord dressé, étayant le choix des techniques développées au cours de ce travail. L'étude des propriétés de ces techniques est ensuite réalisée sur le ‘noyau' de la méthode, i.e. une cuve tri-dimensionnelle de géométrie figée. En particulier, différentes techniques High-Order Spectral sont comparées entre elles et à la méthode directe, et une nouvelle variante est proposée. Des validations sur des cas de lâchers de surface libre et d'oscillations forcées de surface libre sont présentées et confrontées à diverses méthodes.
L'approche est ensuite étendue, à partir de ce ‘noyau' et au moyen de stratégies de ‘potentiel additionnel', donnant lieu au développement de divers modèles. Ainsi, des houles non-linéaires sont modélisées à l'aide de doublets tournants instationnaires spécifiquement développés. Des cas de reproduction de signaux temporels cibles à une distance, et de génération et propagation de houle irrégulière sont présentés. De plus, une caractéristique avantageuse d'une telle approche spectrale est exploitée pour proposer des modèles originaux de diffraction autour de corps. Ceux-ci allient une génération de houle par méthode spectrale à des modèles de diffraction en fluide parfait ou visqueux, formulés en changement de variable. Des exemples illustratifs de diffraction de cette houle autour de corps bi- ou tri-dimensionnels sont proposés.
Enfin, un modèle original de simulation complète, au second-ordre, du processus de génération et propagation en bassin de houle tri-dimensionnel est réalisé. Il inclut la modélisation de différents batteurs, ainsi qu'un modèle d'absorption, permettant notamment de reproduire les caractéristiques complètes du nouveau bassin de houle de l'École Centrale de Nantes. Ce modèle est validé par comparaison à une solution analytique en régime établi et ses propriétés numériques sont étudiées. L'investigation des ondes libres et leur suppression, ainsi que la caractérisation de zones utiles sont proposées à titre d'application.

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Jeanmasson, Guillaume. "Méthode explicite à pas de temps local pour la simulation des écoulements turbulents instationnaires." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0458.

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Abstract:

La simulation instationnaire d'écoulements turbulents (LES : Large Eddy Simulation, par exemple) reste à l'heure actuelle coûteuse en terme de temps de calcul. Un travail sur les méthodes numériques d'intégration temporelle des équations de la mécanique des fluides peut rendre de type de simulation plus accessible. Les méthodes d'intégration temporelle explicites présentent des propriétés intéressantes telles qu'une bonne précision et une bonne compatibilité avec les techniques HPC (parallélisation, vectorisation...). Néanmoins, le pas de temps de ces méthodes est fortement limité : il est choisi de manière à respecter la contrainte CFL la plus restrictive sur le maillage. Ceci rend ces méthodes généralement très coûteuses. Dans le cas des méthodes explicites à pas de temps local, le pas de temps varie sur le maillage en s'adaptant à différentes contraintes CFL locales. Le pas de temps est plus optimal sur l'ensemble du maillage, ce qui réduit les temps de simulation par rapport à une méthode explicite à pas de temps global (uniforme). Les schémas à pas de temps local de la littérature sont essentiellement utilisés sur des cas-test académiques, et on recense peu d'applications de ces schémas en CFD. L'objectif de cette thèse est de montrer que ce type de schéma peut être utilisé de manière efficace pour la LES. Pour atteindre cet objectif, deux nouveaux schémas à pas de temps local ont d'abord été mis en place. Deux simulations LES ont ensuite été réalisées à l'aide de notre schéma à pas de temps local le plus performant. Ces deux simulations ont démontré la bonne précision et l'efficacité de notre schéma à pas de temps local pour la simulation d'écoulements turbulents
Unsteady simulations of turbulent flows (LES : Large Eddy Simulation, for instance) still present an important computational cost. Improvement of numerical time integration methods could reduce the computational effort needed by these simulations. Explicit time integration methods present attractive properties such that accuracy and good compatibility with HPC (parallelization, vectorization…). Nevertheless, the time step used by these methods is strongly restricted : it is chosen to respect the most severe CFL condition over the mesh. This makes explicit time integration methods very expensive in terms of computational cost. Explicit local time stepping methods use a non uniform time step to satisfy several local CFL conditions over the mesh. The time step is more optimal over the mesh, which leads to a reduction of computational cost with respect to an explicit time integration method with a uniform time step. Most of the local time stepping schemes proposed in the literature are applied to academical test cases, and very few applications are performed in CFD. This thesis's goal is to show the ability of explicit local time stepping schemes to carry out efficient and accurate simulations of turbulent flows. To reach this goal, two new explicit local time stepping schemes have been developed. Then, two LES have been carried out with our most efficient local time stepping scheme. Both cases have demonstrated the accuracy and the efficiency of our local time stepping scheme for the computations of turbulent flows

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Pont, Grégoire. "Self adaptive turbulence models for unsteady compressible flows Modèles de turbulence auto-adaptatifs pour la simulation des écoulements compressibles instationnaires." Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0008/document.

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Abstract:

Cette thèse est principalement dédiée à la simulation des écoulements massivement décollés dans le domaine spatial. Nous avons restreint notre étude aux écoulements d'arrière-corps, pour lesquels ces décollements sont imposés par des changements brutaux de la géométrie. Dans le domaine spatial, le caractère fortement compressible des écoulements rencontrés impose l'utilisation de schémas numériques robustes. D'un autre coté, la simulation fine de la turbulence impose des schémas d'ordre élevé et peu dissipatifs. Ces deux spécifications, apparemment contradictoires, doivent pourtant coexister au sein d'une même simulation. Les modèles de turbulence ainsi que les schémas de discrétisation sont indissociables et leur couplage doit impérativement être considéré. Les schémas numériques doivent garder leur précision formelle dans des géométries complexes et des maillages très irréguliers imposés par le contexte industriel. Cette étude analyse le schéma de discrétisation utilisé dans le code de calcul FLUSEPA développé par Airbus Defence & Space. Ce schéma est robuste et précis pour des écoulements avec chocs et il présente une faible sensibilité au maillage (l'ordre 3 étant conservé même sur des maillages fortement perturbés). Malheureusement, le schéma possède une trop faible résolvabilité liée à un niveau de dissipation trop élevé pour envisager des simulations hybrides RANS/LES. Pour pallier à cet inconvénient, nous nous sommes penchés vers une solution basée sur un recentrage conditionnel et local : dans les zones dominées par des structures tourbillonnaires, une fonction analytique assure un recentrage local lorsque la stabilité numérique le permet. Cette condition de stabilité assure le couplage entre le schéma et le modèle. De cette manière, les viscosités laminaire et tourbillonnaire sont les seules à jouer un rôle dans les régions dominées par la vorticité et servent aussi à stabiliser le schéma numérique. Cette étude présente de plus une comparaison qualitative et quantitative de plusieurs modèles hybrides RANS/LES, à égalité de maillage et de schéma utilisés Pour cela, un certain nombre d'améliorations (notamment de leur capacité à résoudre les instabilités de Kelvin-Helmohlotz sans retard), proposées dans la littérature ou bien introduites dans cette thèse, sont prises en compte. Les applications numériques étudiées concernent des géométries allant de la marche descendante au lanceur spatial complet à échelle réduite
This thesis is mainly dedicated to the simulation of massively separated flows in the space domain. We restricted our study to afterbody flows, where the separation is imposed by abrupt geometry changes. In the space domain, highly compressible flows require the use of robust numerical schemes. On the other hand, the simulation of turbulence imposes high-order low dissipative numerical schemes. These two specifications, apparently contradictory, must coexist within the same simulation. The coupling between turbulence models and discretization schemes is of the utmost importance and must be considered. Numerical schemes should keep their formal accuracy on complex geometries and on very irregular meshes imposed by the industrial context. In this research, we analyze the discretization scheme implemented in the FLUSEPA solver, developed by Airbus Defence & Space. Such a scheme is robust and accurate for flows with shocks and exhibits a low sensitivity to the grid (the third order of accuracy being ensured, even on highly irregular grids). Unfortunately, the scheme possesses a too low resolvability related to a too high numerical dissipation for RANS/LES simulations. To circumvent this problem, we considered a conditional and local re-centering strategy: in regions dominated by vortical structures, an analytic function provides local re-centering when a numerical stability condition is satisfied. This stability condition ensures the coupling between the numerical scheme and the model. In this way, only the turbulent and the laminar viscosities play a role in regions dominated by vorticity, and also allow to stabilize the numerical scheme. This study provides also a qualitative and quantitative assessment of several hybrid RANS/LES models, using the same grids and discretization scheme. For this purpose some recent improvements (improving their ability to trigger the Kelvin-Helmohlotz instabilities without delay), proposed in the litterature or suggested in this work, are taken into account. Numerical applications include geometrical configurations ranging from a backward facing step to realistic launcher configurations

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El, Mahi Imad. "Schémas volumes finis pour la simulation numérique de problèmes à fronts raides en maillages non structurés adaptatifs." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES019.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée a l'étude numérique de systèmes de lois de conservation bidimensionnelles modélisant des écoulements instationnaires à fronts raides. La démarche adoptée ici est celle des volumes finis cell-centered, sur maillages non structures. Deux modèles sont considérés : l'inflammation d'une goutte, et l'écoulement de l'eau peu profonde couple au transport-diffusion du polluant. Concernant le premier modèle, la raideur spatiale et temporelle du phénomène est prise en compte par l'utilisation d'un procède de raffinement-déraffinement dynamique du maillage. La partie visqueuse des équations est discrétisée à l'aide d'une reconstruction du type green-gauss basée sur la cellule diamant et une interpolation aux moindres carres. Cette technique s'est révélée très efficace lorsque des maillages adaptatifs sont utilisés. Enfin, en considérant une loi de conservation scalaire bidimensionnelle, nous montrons que, sous une condition du type cfl qui est raisonnable, le schéma d'ordre deux utilisé pour la partie convective satisfait le principe du maximum. Nous mettons en évidence ici la propagation d'une flamme triple au cours du processus d'allumage d'une goutte, quand la réaction chimique est suffisamment rapide par rapport au processus de diffusion moléculaire et de diffusion de la température. Pour l'écoulement de l'eau peu profonde, nous avons adopté un schéma semi-implicite linéarisé pour le calcul des termes de frottement et une extension du schéma de Bermudez pour les termes de pente. Enfin, dans le cas ou le système de Saint-venant est couplé à l'équation de transport d'une substance polluante, nous avons utilisé le schéma vf4 pour la discrétisation de la partie diffusive sur des maillages non structurés triangulaires. Plusieurs tests numériques et comparaisons avec des résultats expérimentaux, en une et deux dimensions d'espace, sont réalisés.

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Couplet, Mathieu. "Modélisation POD-Galerkine réduite pour le contrôle des écoulements instationnaires." Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142745.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude de la modélisation POD-Galerkine réduite dans l'objectif du développement d'algorithmes robustes et efficaces de contrôle actif d'écoulements. Les deux premiers chapitres sont consacrés à la définition et au calcul numérique d'une base de modes POD et à la construction formelle de modèles dynamiques réduits par la méthode de Galerkine à partir des équations de Navier-Stokes. Le cas des écoulements incompressibles est traité en détail. Une étude de la modélisation d'un écoulement tridimensionnel turbulent, pour lequel le problème de la modélisation des petites échelles se pose, est ensuite menée : les interactions entre modes POD et les effets de la réduction de la base modale sont analysés qualitativement et quantitativement, à l'aide notamment d'une paramétrisation visqueuse. Dans le chapitre suivant, des méthodes de calibration, qui
reposent sur la résolution d'un problème d'optimisation, sont développées afin de pouvoir calculer automatiquement des modèles
réduits fiables pour un coût informatique raisonnable.
Enfin, le dernier chapitre est consacré au problème du contrôle d'écoulements par des actionneurs de soufflage ou d'aspiration : les stratégies d'exploitation de la modélisation POD-Galerkine pour le contrôle sont abordées, puis des investigations numériques sont présentées.

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Bizid, Wided. "Développement de méthodes de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent autour d’obstacles." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0631/document.

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Abstract:

En vue d’applications aux turbines éoliennes, cette thèse vise à étendre l’utilisation des méthodes de type domaines fictifs et en particulier la méthode de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent instationnaire autour d’obstacles de géométrie complexe.La modélisation de la turbulence instationnaire à nombres de Reynolds élevés a été abordée par des approches hybrides RANS/LES telles que la (DES) et la (DDES). Afin d’améliorer la prédiction, un modèle de paroi de type TBLE a été introduit.Après une brève présentation des méthodes et des outils mis en oeuvre, des simulations2D/3D sur la configuration de cylindre et du canal sont ensuite présentées, analysées et comparées aux résultats numériques et expérimentaux.Les résultats de simulation montrent la faisabilité et l’efficacité des modèles et de la méthode de couplage (DDES/TBLE). La dernière étude se concentre sur la simulation de l’écoulement d’air autour d’un profil de pale. Les réussites et les échecs des simulations numériques sont soulignés et étudiés.En conclusion, l’étude établit les fondements pour une future application dans le cas de l’écoulement autour d’un rotor éolien en mouvement
In the perspective of application to wind turbine design, this thesis aims to extend theuse of fictitious domain methods and in particular the method of penalization for the simulation of unsteady turbulent flows around obstacles of complex geometry. The unsteady turbulence modeling at high Reynolds numbers was studied by hybrid approaches(RANS / LES) such as (DES) and (DDES). In order to improve the prediction, a wall model based on simplified Thin Boundary Layer Equations (TBLE) was introduced.After a brief presentation of the tools and methods implemented, full 2D / 3D computations on cylinder and channel configuration are then presented, analyzed and compared to numerical and experimental results.The simulation results show the feasibility and effectiveness of the proposed models and the coupling method (DDES / TBLE).The latest investigation focuses on the simulation of the flow around the airfoil of a wind turbine. The success and fails of the computations are highlighted and explained

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Barnaud, Félix. "Influence of advanced unsteady aerodynamic models on the aeroelastic response of an offshore wind turbine." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMIR31.

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Abstract:

Les éoliennes offshore modernes ont atteint ces dernières années de très grandes dimensions, qui ne cessent d’augmenter en vue de diminuer les coûts de production de l’électricité. Des designs innovants sont alors nécessaires afin d’améliorer les performances aérodynamiques et de réduire les charges structurelles. Les outils de l’état de l’art tels que la théorie de l’élément de pale couplée à la méthode de la quantité de mouvement (BEMT en anglais), utilisés pour la prédiction des charges et performances des rotors, ont été conçus pour des rotors de plus faibles dimensions et dans des conditions standards d’utilisation. Des conditions particulières comme les cas de désalignement du rotor par rapport à l’axe du vent sont a priori hors du domaine de validité des outils de l'état de l'art. Le but de cette thèse est d'étudier des modèles aérodynamiques plus poussés et de les comparer avec les outils de l'état de l'art sur des cas spécifiques. Les écoulements instationnaires sont particulièrement intéressants puisque difficiles à simuler avec les méthodes standards. Ainsi, un code de méthode des panneaux prenant en compte les phénomènes visqueux tels que le décrochage dynamique est comparé à un code BEMT dans des conditions de vent réalistes et avec un fort désalignement du rotor. Les calculs sont réalisés dans le cadre d'un couplage aéro-servo-élastique de manière à être le plus représentatif possible des calculs de chargement effectués dans l'industrie et nécessaires pour la certification des machines. L'impact du modèle de décrochage dynamique est étudié avec les deux méthodes, pour des cas de chargement extrêmes et en fatigue avec désalignement du rotor. Des différences ont été observées entre les deux méthodes et avec plusieurs paramétrisations du modèle de décrochage dynamique. De plus, la prise en compte du couplage servo-élastique modifie les observations faites sur les comparaisons aérodynamiques. De plus, les angles d'attaque observés sur les pales en cas de fort désalignement sont très élevés. L'écoulement autour de profils dans ces conditions est dominé par des effets visqueux non capturés par les méthodes des panneaux ou de BEMT mais modélisés via des modèles semi-empiriques. Des modèles alternatifs doivent donc être utilisés pour mieux prédire de tels phénomènes. Dans la seconde partie de cette thèse l'écoulement autour de profils aérodynamiques d'éoliennes, plus épais que dans l'aéronautique, est étudié à l'aide de Simulation aux Grandes Échelles avec loi de paroi. Plusieurs cas d'écoulement attachés et détachés sont simulés, pour des profils fixes et oscillants. De très grands angles d'attaque sont également simulés, jusqu'à 90°, à un nombre de Reynolds réaliste. Dans les cas attachés et très fortement détachés, la Simulation aux Grandes Échelles avec loi de paroi est capable de capturer correctement l'écoulement avec des maillages peu raffinés. Cependant les cas proches du décrochage se sont révélés plus difficiles à obtenir, et nécessitent des maillages très fins même en utilisant des lois de paroi adéquates. Enfin, des cas oscillants avec fréquence réduite élevée sont également étudiés et comparés avec d'autres modèles. La Simulation aux Grandes Échelles est alors particulièrement adaptée et donne des résultats prometteurs
The size of modern offshore wind turbine rotors has reached very large dimensions and keeps increasing in order to reduce the cost of electricity. More challenging designs are thus needed to improve the aerodynamic performances and reduce the structural loads. The state-of-the-art tools such as Blade Element Momentum Theory (BEMT) used to predict the loads and performances of wind turbines have been designed for much smaller rotors in standard operating conditions. Load cases in specific conditions such as yaw misalignment are a priori out of the validity range for such tools. The goal of the thesis is to investigate more advanced aerodynamic models in order to assess the differences in load predictions compared to state-of-the-art tools. In particular, this work focuses on unsteady flows which represent a challenge for engineering tools. For this purpose, a panel method code including viscous effects such as dynamic stall is compared to a BEMT code in realistic wind conditions with large yaw misalignment. The calculations are performed in the framework of aero-servo-elasto coupling in order to be represen¬tative of the load calculations performed in industry following certification standards. The impact of the dynamic stall model is investigated in particular for both BEMT and panel method, for extreme and fatigue loading in cases of yaw misalignment. Differences have been observed between both codes and for several parametrizations of dynamic stall model. In addition, it has been noticed that including the servo-elasto coupling changes a lot the observations regarding aerodynamic loading. Large angles of at¬tack are observed on wind turbine blades in yaw misalignment cases, and the flow around blade sections in such conditions is particularly affected by viscous effects such as dynamic stall or vortex shedding which are not inherently solved by panel methods nor BEMT but modeled with semi-empirical models. Alternative models such as Large Eddy Simulation (LES) that would capture these effects have to be considered. Wall-modeled LES (WMLES) is thus used in the second part of this thesis to investigate the flow around wind turbine dedicated airfoils, much thicker than airfoils used in aeronautics. Several cases are simulated, for attached and detached flows and in steady or oscillating cases. Angles of attack up to 90° are investigated at realistic Reynolds number. It appears that WMLES is able to capture correctly the main flow features in attached conditions and at very high angle of attack with coarse meshes. However, the near stall cases are more challenging to capture even with appropriate wall laws and require very fine meshes to be correctly solved. A comparison is also performed for motions with high reduced frequency and compared to other models, revealing the promising capacities of WMLES in such cases

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Pelletier, Karine. "Simulation au second ordre des interactions houle-structure en régime instationnaire." Nantes, 2002. http://www.theses.fr/2002NANT2090.

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Abstract:

Une modélisation numérique tridimensionnelle destinée à décrire les champs de vagues résultant de l'interaction de la houle avec des structures de géométrie quelconque, en régime instationnaire, est développée dans ce mémoire. Dans le cadre de la théorie potentielle développée au second ordre d'approximation, une formulation intégrale du système hydrodynamique reposant sur des distributions de singularités de Rankine est établie, puis résolue par une méthode d'éléments frontières isoparamétriques combinée à une procédure d'intégration temporelle des équations des conditions aux limites de surface libre. L'évaluation numérique des gradients surfaciques de la solution du premier ordre, par différents schémas d'interpolation locale par panneaux spline, fait l'objet d'une étude comparative sur le calcul des dérivées d'un potentiel analytique. Ces méthodes, présentant une bonne précision, sont adaptables à un voisinage quelconque et permettent d'envisager des corps de géométrie complexe, un des objectifs de ce modèle.

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Marzouk, Salwa. "Simulation numérique d'un écoulement de type jet pulsé." Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX22078.

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Debard, Michel. "Simulation de l'écoulement lors du démarrage d'une turbopompe spatiale : contribution au développement d'un outil numérique." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1997. http://www.theses.fr/1997ECDL0007.

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Abstract:

Le démarrage rapide d'une pompe de moteur-fusée est une phase très instationnaire qui ne peut pas toujours être décrite par une hypothèse de quasi-stationnarité. Son analyse est rendue compliquée par l'interaction entre la pompe et le circuit dont elle fait partie. Pour comprendre cette phase et établir la caractéristique de fonctionnement instationnaire d'une pompe en démarrage rapide, nous avons développé un nouveau calcul méridien. Ce calcul est construit autour de trois modules qui sont couplés. Le module méridien résout les équations d'euler compressibles moyennées en azimut, les termes sources résultant de la moyenne étant donnés par les deux autres modules. Il utilise une méthode de volume finis structures, un schéma spatial mixte et un schéma temporel de runge-kutta. Le module de force d'aubage résout une équation de pression par la méthode des éléments-frontières. A partir des gradients de pression en paroi et de l'évolution aube-a-aube de l'écoulement, ce module calcule la pression sur les aubes. Le module de fluctuation permet la reconstitution d'un écoulement aube-a-aube à partir d'une décomposition polynomiale. La méthode est validée pour des écoulements stationnaires sur des géométries bidimensionnelles simples, puis sur un inducteur de turbopompe spatiale. Les résultats sont comparés à ceux d'un calcul euler 3d stationnaire et montrent un bon accord. Elle est ensuite utilisée sur le même inducteur pour des configurations instationnaires : évolution rapide de pression à l'aval de l'inducteur et accroissement rapide de vitesse de rotation. Les résultats ne sont pas valides mais sont théoriquement cohérents et paraissent prometteurs. Un paramètre adimensionnel d'instationnarité assimilable à un critère de fréquence réduite est proposé pour décrire le problème.

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Aubert, Stéphane. "Étude des schémas à haute précision pour la simulation d'écoulements transsoniques instationnaires ou visqueux : application aux turbomachines." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://www.theses.fr/1993ECDL0033.

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Abstract:

L'étude de schémas numériques à haute précision appliques a la simulation d'un écoulement transsonique instationnaire, voir turbulent, est l'objet principal de ce travail. La méthode développée est bâtie sur les équations de Navier-Stokes moyennées, écrites sous forme conservative. Elles sont intégrées en espace dans le cadre d'une formulation volume fini en maillage curviligne structure, mobile et déformable. L'intégration en temps est explicite. Les flux convectifs sont évalués par une approche muscl, couplée a un schéma mixte, résultant de l'hybridation en fonction du nombre de mach d'un schéma centre et d'une technique de séparation de flux proposée par van Leer. Les termes diffusifs sont quant a eux traites par un schéma centre, la turbulence étant prise en compte a travers l'hypothèse de Boussinesq et le modèle algébrique de Michel. Enfin, les conditions aux limites géométriques sont gérées via l'extension du domaine de calcul par la création de nœuds supplémentaires, alors qu'un traitement des conditions physiques a partir des équations de compatibilité est mis en place. Quelques configurations caractéristiques ont par ailleurs été simulées et analysées. Une description de grande qualité de discontinuités instationnaires et de leurs interactions a été obtenue. D'autre part, ont été simules des écoulements multi-dimensionnels confines stationnaires, transsoniques, pour un fluide parfait ou turbulent, pour différents nombres de mach. Il en ressort une bonne capture des discontinuités, et une gestion correcte des effets visqueux, en particulier des interactions choc/couche limite, ce qui établit la qualité du schéma mixte. Une meilleure compréhension du comportement des méthodes numériques, entre autres de la technique de séparation des flux utilisée, en est un autre apport

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Hurisse, Olivier Pierre. "Couplage interfacial instationnaire de modèles diphasiques." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11009.

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Abstract:

Le circuit primaire d'une centrale nucléaire est composé d'un ensemble d'éléments très différents (cuve, cœur, réseau de conduite. . . ). A chacun de ces éléments correspond actuellement un ou plusieurs codes de calcul spécifiques basés sur des systèmes d'équations aux dérivées partielles spécifiques. Afin de permettre la simulation des écoulements diphasiques dans l'ensemble du circuit primaire, il faut envisager de coupler ces différents codes. L'approche proposée dans ce travail de thèse est de coupler les codes grâce à un échange d'information interfaciale instationnaire. Des flux numériques sont calculés au niveau des interfaces de couplage et servent de conditions aux limites à chacun des codes. Les méthodes permettant le calcul des flux de couplage sont dérivées du formalisme de Greenberg-Leroux proposé dans le cadre du décentrement des termes sources des systèmes hyperboliques non-homogènes stationnaires, et font intervenir un modèle d'interface. Trois cas de couplage ont été examinés : le couplage du système des équations d'Euler en dimension un et deux ; le couplage de deux modèles diphasiques homogènes distincts ; le couplage d'un modèle homogène à quatre équations et du modèle bi-fluide standard
The primary coolant circuit in a nuclear power plant contains several distinct components (vessel, core, pipes,. . . ). For all components, specific codes based on the discretization of partial differential equations have already been developed. In order to obtain simulations for the whole circuit, the interfacial coupling of these codes is required. The approach examined within this work consists in oupling codes by providing unsteady information through the coupling interface. The numerical technique relies on the use of an interface model, which is combined with the basic strategy that was introduced by Greenberg and Leroux in order to compute approximations of steady solutions of non-homogeneous hyperbolic systems. Three different coupling cases have been examined: the coupling of a one-dimensional Euler system with a two-dimensional Euler system ;the coupling of two distinct homogeneous two-phase flow models; the coupling of a four-equation homogeneous model with the standard two-fluid model

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Médéric, Pascal. "Modélisation unidimensionnelle et simulation expérimentale du cathéterisme cardiaque." Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT003H.

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Abstract:

La modelisation unidimensionnelle d'un ecoulement instationnaire en conduite axisymetrique, souple ne peut etre supposee correcte que si l'approximation de la contrainte de cisaillement parietale est adequate au probleme pose. Dans l'application au catheterisme cardiaque (prise de pression), nous utilisons des approximations de la contrainte asymptotiques obtenues pour de faibles valeurs du nombre de womersley et pour un fluide newtonien. La validation de notre theorie se fait non seulement par rapport aux resultats de differents auteurs, mais surtout par rapport a une experience pour laquelle nous avons notamment du realiser un generateur de signaux periodiques basses frequences. Les resultats theoriques sont en accord avec les resultats experimentaux pour des nombres de womersley petits, mais aussi pour des nombres de womersley voisins de 10

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Deschamps, Véronique. "Simulation numérique de la turbulence inhomogène incompressible dans un écoulement de canal plan." Toulouse, INPT, 1988. http://www.theses.fr/1988INPT073H.

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Abstract:

Modelisation par les equations de navier-stokes pour un fluide incompressible dans le cas de conditions aux limites periodiques dans les directions homogenes et de conditions d'adherence dans la direction inhomogene. On montre le role du gradient de pression impose dans la prediction du debit volumique et de l'energie de l'ecoulement. Discretisation par des schemas aux differences finies d'ordre 4 en espace et d'ordre 2 en temps et une condition d'incompressibilite globale

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Pauthenet, Martin. "Macroscopic model and numerical simulation of elastic canopy flows." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0072/document.

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Abstract:

On étudie l'écoulement turbulent d'un fluide sur une canopée, que l'on modélise comme un milieu poreux déformable. Ce milieu poreux est en fait composé d'un tapis de fibres susceptibles de se courber sous la charge hydrodynamique du fluide, et ainsi de créer un couplage fluide-structure à l'échelle d'une hauteur de fibre (honami). L'objectif de la thèse est de développer un modèle macroscopique de cette interaction fluide-structure, afin d'en réaliser des simulations numériques. Une approche numérique de simulation aux grandes échelles est donc mise en place pour capturer les grandes structures de l'écoulement et leur couplage avec les déformations du milieu poreux. Pour cela nous dérivons les équations régissant la grande échelle, au point de vue du fluide ainsi que de la phase solide. À cause du caractère non-local de la phase solide, une approche hybride est proposée. La phase fluide est décrite d'un point de vue Eulerien, tandis que la description de la dynamique de la phase solide nécessite une représentation Lagrangienne. L'interface entre le fluide et le milieu poreux est traitée de manière continue. Cette approche de l'interface fluide/poreux est justifiée par un développement théorique sous forme de bilan de masse et de quantité de mouvement à l'interface. Ce modèle hybride est implémenté dans un solveur écrit en C$++$, à partir d'un solveur fluide disponible dans la librairie CFD \openfoam. Un préalable nécessaire à la réalisation d'un tel modèle macroscopique est la connaissance des phénomènes de la petite échelle en vue de les modéliser. Deux axes sont explorés concernant cet aspect. Le premier consiste à étudier les effets de l'inertie sur la perte de charge en milieu poreux. Un paramètre géométrique est proposé pour caractériser la sensibilité d'une microstructure poreuse à l'inertie de l'écoulement du fluide dans ses pores. L'efficacité de ce paramètre géométrique est validée sur une diversité de microstructures et le caractère général du paramètre est démontré. Une loi asymptotique est ensuite proposée pour modéliser les effets de l'inertie sur la perte de charge, et comprendre comment celle-ci évolue en fonction de la nature de la microstructure du milieu poreux. Le deuxième axe d'étude de la petite échelle consiste à étudier l'effet de l’interaction fluide-structure à l'échelle du pore sur la perte de charge au niveau macroscopique. Comme les cas présentent de grands déplacements de la phase solide, une approche par frontières immergées est proposée. Ainsi deux méthodes numériques sont employées pour appliquer la condition de non-glissement à l'interface fluid/solide: l'une par interface diffuse, l'autre par reconstitution de l'interface. Cela permet une validation croisée des résultats et d'atteindre des temps de calcul acceptables tout en maîtrisant la précision des résultats numériques. Cette étude permet de montrer que l'interaction fluide-structure à l'échelle du pore a un effet considérable sur la perte de charge effective au niveau macroscopique. Des questions fondamentales sont ensuite abordées, telles que la taille d'un élément représentatif ou la forme des équations de transport dans un milieu poreux souple
We study the turbulent flow of a fluid over a canopy, that we model as a deformable porous medium. This porous medium is more precisely a carpet of fibres that bend under the hydrodynamic load, hence initiating a fluid-structure coupling at the scale of a fibre's height (honami). The objective of the thesis is to develop a macroscopic model of this fluid-structure interaction in order to perform numerical simulations of this process. The volume averaging method is implemented to describe the large scales of the flow and their interaction with the deformable porous medium. An hybrid approach is followed due to the non-local nature of the solid phase; While the large scales of the flow are described within an Eulerian frame by applying the method of volume averaging, a Lagrangian approach is proposed to describe the ensemble of fibres. The interface between the free-flow and the porous medium is handle with a One-Domain- Approach, which we justify with the theoretical development of a mass- and momentum- balance at the fluid/porous interface. This hybrid model is then implemented in a parallel code written in C$++$, based on a fluid- solver available from the \openfoam CFD toolbox. Some preliminary results show the ability of this approach to simulate a honami within a reasonable computational cost. Prior to implementing a macroscopic model, insight into the small-scale is required. Two specific aspects of the small-scale are therefore studied in details; The first development deals with the inertial deviation from Darcy's law. A geometrical parameter is proposed to describe the effect of inertia on Darcy's law, depending on the shape of the microstructure of the porous medium. This topological parameter is shown to efficiently characterize inertia effects on a diversity of tested microstructures. An asymptotic filtration law is then derived from the closure problem arising from the volume averaging method, proposing a new framework to understand the relationship between the effect of inertia on the macroscopic fluid-solid force and the topology of the microstructure of the porous medium. A second research axis is then investigated. As we deal with a deformable porous medium, we study the effect of the pore-scale fluid-structure interaction on the filtration law as the flow within the pores is unsteady, inducing time-dependent fluidstresses on the solid- phase. For that purpose, we implement pore-scale numerical simulations of unsteady flows within deformable pores, focusing for this preliminary study on a model porous medium. Owing to the large displacements of the solid phase, an immersed boundary approach is implemented. Two different numerical methods are compared to apply the no-slip condition at the fluid-solid interface: a diffuse interface approach and a sharp interface approach. The objective is to find the proper method to afford acceptable computational time and a good reliability of the results. The comparison allows a cross-validation of the numerical results, as the two methods compare well for our cases. This numerical campaign shows that the pore-scale deformation has a significant impact on the pressure drop at the macroscopic scale. Some fundamental issues are then discussed, such as the size of a representative computational domain or the form of macroscopic equations to describe the momentum transport within a soft deformable porous medium

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Virot, Florent. "Contribution à l'étude expérimentale et numérique du régime hélicoïdal de détonation dans les systèmes H2, CH4, C2H6–O2 dilués ou non par N2 ou Ar." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00443884.

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Abstract:

Les détonations des mélanges gazeux CnHm/O2 (n ≥ 0) fortement dilués par un gaz inerte ainsi que les mélanges CnHm (n ≥ 0) avec l'oxydant NO2 présentent une loi de libération d'énergie chimique non monotone constituée de deux étapes réactionnelles globales plus ou moins séparées. A chaque longueur chimique caractéristique L est associée une structure cellulaire dont la largeur de cellule lambda est proportionnelle à L. L'objectif de ce travail est de comprendre, pour les applications en lien avec la sécurité d'utilisation de ces compostions notamment, l'influence de la loi de libération de l'énergie chimique de ces mélanges sur le régime hélicoïdal (limite) de propagation stationnaire des détonations dans les tubes de diamètre d obtenu lorsque lambda ≈ pi d. L'étude expérimentale, concernant les combustibles H2, CH4 et C2H6 mélangés avec O2 dilués ou non par N2 ou Ar, montre que la plage de pression initiale où le régime hélicoïdal est établi dépend étroitement de l'importance relative de la deuxième étape exothermique par rapport à la première. Les simulations numériques 3D utilisant un code hydrodynamique Eulérien et une modélisation de la loi de production chimique en une ou deux étapes globales s'accordent qualitativement aux résultats expérimentaux en obtenant le régime hélicoïdal pour chaque structure cellulaire (lambda pour les mélanges où la libération d'énergie chimique s'effectue en une seule étape ; lambda_1 et lambda_2 dans le cas d'une double structure).

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Carte, Gilles. "Simulation d'écoulements instationnaires à dominante périodique application aux sillages laminaires et turbulents." Aix-Marseille 2, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX22084.

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Abstract:

La presente etude a pour origine les problemes de tenue en fatigue de certains echangeurs thermiques. Nous nous proposons d'aborder le probleme simplifie des ecoulements isothermes laminaires et turbulents d'un fluide visqueux et incompressible autour de cylindres. Un code de simulation numerique (denomme oceane) base sur la resolution des equations de la mecanique des fluides est elabore. Sa formulation retient une discretisation spatiale en volumes finis en variables primitives entrelacees et un schema temporel predicteur-correcteur. Apres validation, ce code est applique a l'etude de l'influence du nombre de l'influence du nombre de reynolds (compris entre 66 et 300) sur la structure de l'ecoulement autour d'un cylindre circulaire confine dans un canal. La modelisation de la turbulence est abordee par des modeles lineaires et non lineaires de type k-epsilon avec un code (floride) en variables non entrelacees (calcul des flux suivant la methode de rhie). Finalement, une nouvelle methode de calcul basee sur une separation des echelles de temps rapide et longue est developpee. Les echelles rapides correspondant aux variations periodiques sont decrites en serie de fourier, les echelles lentes par une methode d'integration pas a pas. Le code (spitfire) construit sur ce principe est applique a l'etude de l'instabilite de benard von karman dans le sillage d'un corps

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Cieslak, Stéphane. "Développement de méthodes prévisionnelles pour les ondes de souffle : application à la protection civile." Lille 1, 1998. http://www.theses.fr/1998LIL10083.

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Abstract:

Les etudes experimentales liees aux ecoulements de fluides compressibles tres rapidement variables necessitent souvent l'utilisation de moyens importants et des preparations assez longues qui rendent leurs realisations particulierement couteuses. De ce fait, la simulation numerique constitue un complement interessant pour l'etude de ces phenomenes particulierement rapides. Un grand nombre de schemas numeriques ont ete developpes pour la resolution des equations d'euler qui sont les plus utilisees pour le calcul de tels ecoulements. Differentes techniques de maillage permettent la realisation de calculs sur des geometries particulierement complexes (structure multi-bloc, destructure, chimere, raffinement,). Nous presentons ici un outil numerique dont le role est de fournir rapidement des resultats permettant la determination des caracteristiques principales des ecoulements autour de configurations tridimensionnelles quelconques sans chercher a cerner les systemes d'ondes localises sur des petites echelles. La strategie de maillage repose sur l'utilisation d'une grille de fond cartesienne uniforme. Les parois des obstacles 3d plonges dans la grille vont entrainer une destructuration locale du reseau cartesien. La particularite de la methode reside dans la conception du calcul des intersections entre les surfaces triangulees des obstacles et le maillage cartesien : la geometrie de ces surfaces est conservee de facon exacte dans la reconstruction des cellules coupees.

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Jacquot, Cédric. "Transfert instationnaire de chaleur en échangeur récupérateur de moteur de fusée : simulation expérimentale en échangeur bitube." Nancy 1, 2007. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2007_0010_JACQUOT.pdf.

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Abstract:

Les objectifs de cette thèse concernent l'étude expérimentale des échangeurs bitubulaires de type gaz-gaz, en régimes instationnaires, pour des écoulements co et contre-courant. Ces régimes sont obtenus par perturbation de la température ou du débit de l'un des fluides en entrée du système. Après avoir dressé un état de l'art sur les échangeurs en régime transitoire, on étudie la réponse en température d’un échangeur sous deux approches distinctes. Dans un premier temps de façon globale en ne considérant que ses entrées et sorties; puis dans un second temps il est traité sous forme locale où l'on considère les différentes sections internes de l'échangeur. Dans ce second cas l’évolution des puissances échangées est prise en compte. La modélisation effectuée porte sur chacune des températures des fluides, et sur celles des deux parois, internes et externes. On montre que la réponse du système peut être obtenue en utilisant un modèle à une seule exponentielle pour les parois et le fluide non perturbé, tandis qu'un modèle à deux exponentielles est nécessaire pour rendre compte de l'évolution de la température du fluide perturbé. On constate qu'il existe dans l'échangeur une constante de temps propre à chaque sous système. L'utilisation d'une double exponentielle permet de rendre compte de la non idéalité de la perturbation, et implique la définition d'un paramètre de transition. Celui se substitue à la notion de temps de retard que l'on retrouve habituellement dans la modélisation des échangeurs de type liquide-liquide. Cette notion de temps de retard n'apparaît pas pour le fluide non perturbé et la paroi interne, par contre elle se retrouve pour la paroi externe
The present thesis is concerned by experimental study of gas-gas bitubular heat exchangers, submitted to transient conditions, for counter current and cocurrent configurations. The transient imposes conditions are respective to entrance temperature or mass flux from one of the system fluids. After a synthesis of the state of the art, a study of a bitubular heat exchanger is developed, with two different modelling approachs. The first one considers the heat exchanger system as a whole (lumped system analysis) : only entrance and exit state are concerned. In the second approach, the heat exchanger is modelled on a local point of view : the various local 1D sections are taken into account ; the transient heat exchanger response to the solicitation is reported relative to temperatures evolution, and also heat fluxes exchanged. The various exposed models allow to consider fluid temperatures, but also internal and external walls temperatures. It is shown that the temperature response of the system is obtained with a first order exponential model for the walls and the non perturbed fluid ; a two exponent model is necessary for the temperature of the perturbed fluid. So we observe that a specific time constant exist for each subsystem inside the HEX ; the biexponential model allows us to take account of the non ideality of the perturbation, and implies to introduce a transition parameter in place of time lag. This last notion currently used for liquid-liquid HEX has not been caracterized until now. The time lag does not appear in the models concerning perturbed fluid, and internal wall ; however this time lag is necessary to describe adequately the internal wall

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HUGUES, SANDRINE. "Developpement d'un algorithme de projection pour methodes pseudospectrales : application a la simulation d'instabilites tridimensionnelles dans les cavites tournantes. modelisations d'ecoulements turbulents dans les systemes rotor-stator." Aix-Marseille 2, 1998. http://www.theses.fr/1998AIX22104.

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Abstract:

Un nouvel algorithme de projection est developpe et mis en uvre avec les methodes spectrales de type collocation tchebyshev / fourier pour la resolution des equations de navier-stokes tridimensionnelles incompressibles. L'originalite reside dans l'introduction a chaque pas de temps d'un predicteur correct de pression consistant avec un champ de vitesse a divergence nulle. Une etape importante est consacree a la validation de l'algorithme. A partir d'une solution analytique instationnaire des equations de navier-stokes, on montre notamment que les solutions de vitesse et de pression calculees conservent l'ordre temporel du schema utilise (de type adams-bashforth/euler retarde du second ordre) et que la vitesse de glissement aux frontieres est reduite au troisieme ordre en temps. Le probleme classique de la cavite carree entrainee regularisee a egalement ete etudie pour confirmer l'efficacite de l'approche. Le code developpe est ensuite etendu a l'etude des regimes d'ecoulements tridimensionnels dans une cavite en rotation d'ensemble soumise a un flux force radial. En particulier, nous avons mis en evidence le developpement d'ondes en spirale dans les couches d'ekman, similairement aux etudes experimentales et theoriques anterieures. Les valeurs des parametres de controle ainsi que les valeurs caracterisant les instabilites observees indiquent qu'elles sont de type ii ou de classe a. Le code pourra servir ulterieurement de base pour aborder les regimes turbulents par la voie de la simulation directe. Une premiere incursion dans ce domaine a ete realisee sur la base de modeles statistiques avances au second ordre avec un code aux volumes finis. Plusieurs configurations de rotor-stator ont ete considerees completant ainsi l'etude menee en regimes d'instabilite de transition par une approche plus pratique des situations en regimes turbulents.

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Rodes, Pascal. "Contribution à l'étude d'écoulements instationnaires transtionnels et turbulents autour d'une aile par simulation numérique et modélisation." Aix-Marseille 2, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX22089.

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Devesa, Antoine. "Modélisation de paroi pour la simulation d'écoulements instationnaires non-isothermes." Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20145.

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Dridi, Walid. "Influence de l’acoustic streaming sur les instabilités des écoulements chauffés latéralement." Lyon 1, 2008. http://n2t.net/ark:/47881/m6mc8x5j.

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Abstract:

Le contrôle des instabilités dans le bain fondu lors de la croissance cristalline est un processus important pour l’obtention de cristaux de qualité. Outre le recours à la microgravité ou l’application d’un champ magnétique constant ou tournant, l’application d’un champ acoustique qui génère un écoulement connu sous le nom d’acoustic streaming peut aussi être un moyen de contrôle de ces instabilités. Dans ce mémoire de thèse, l’effet de l’acoustic streaming sur la structure des écoulements convectifs dans les bains fondus ainsi que sur leurs propriétés de stabilité a été étudié. Deux configurations on été considérées mettant en jeu des fluides de faible nombre de Prandtl (métaux liquides) chauffés latéralement. Tout d’abord le cas d’une couche fluide confinée entre deux plaques planes horizontales d’extension infinie et ensuite le cas d’un fluide au sein d’une cavité parallélépipédique 3D de section carrée. Dans le cas de la couche fluide d’extension infinie, les profils de vitesse et de température de base sont calculés analytiquement et leurs propriétés de stabilité sont déterminées à l’aide d’un code de stabilité basé sur la méthode spectrale Tau-Chebyshev. Les diagrammes de stabilité obtenus montrent l’influence de l’intensité acoustique, de la dimension de la source acoustique ainsi que de son décentrement : des effets de stabilisation sont mis en évidence sur certaines gammes de paramètres, et ces effets sont ensuite analysés par analyse énergétique. Dans le cas de la cavité 3D, les différents écoulements ont été déterminés à l’aide d’un code de simulation numérique directe aux éléments spectraux couplé à une méthode de continuation. Les résultats du cas thermique pur ainsi de l’effet du champ acoustique sur ces écoulements convectifs sont présentés sous forme de diagrammes de bifurcation qui présentent l’évolution des écoulements en fonction du nombre de Grashof. Une attention particulière est portée à l’étude des points de bifurcation stationnaire et oscillatoire et à leur variation en fonction de l’intensité acoustique, du rapport de forme de la cavité et du nombre de Prandtl. Des effets de stabilisation par l’acoustic streaming sont obtenus, mais ils ne sont pas systématiques
We study the effect of acoustic streaming (steady flow generated by progressive acoustic waves) on the stability of convective flows associated with crystal growth from melt in horizontal Bridgman configurations. We consider two simple configurations: an extended fluid layer submitted to a horizontal temperature gradient and a laterally heated parallelepipedic cavity. In both cases, the dependence of the critical Grashof number Grc on the acoustic intensity (monitored through the acoustic parameter A) is determined for given values of the Prandlt number and of the dimension of the acoustic source Hb. In the case of the extended fluid layer, it is shown that for rather small beam widths Hb, the acoustic streaming destabilizes the buoyant flows, but for a large beam width, a range of acoustic intensities A is found for which the buoyant flows are stabilized. An adequate decentring of the beam can also enhance the stabilization. In the case of the parallelepipedic cavity of length Ax, both the structure of the flows and their stability properties are determined. The flows have different symmetries, but these symmetries are generally broken at the first bifurcation points. Bifurcation diagrams are obtained which show that the flows become oscillatory periodic at a Hopf bifurcation, either directly on the primary steady solution branch, or on a secondary branch which bifurcates from the primary branch at a steady bifurcation point. The critical Grashof numbers for these bifurcation points are calculated as a function of the cavity length Ax, the Prandtl number Pr and the acoustic streaming parameter A. The thresholds are generally found to increase when the acoustic streaming contribution is enhanced, which indicates a stabilizing effect induced by acoustic streaming and may explain the observed improvement of the crystal quality when ultrasound waves are applied during the growth process. Destabilization effects are, however, found in some parameter range

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Ventura, Jérôme. "Réduction de modèle en convection forcée par des méthodes d'identification." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2010. http://www.theses.fr/2010ESMA0013.

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Abstract:

Les problèmes aérothermiques typiquement rencontrés en ingénierie imposent un recours à des simulations numériques (CFD) qui, pour être réalistes, doivent nécessairement prendre en compte les phénomènes transitoires. L'emploi de modèles réduits ou de surfaces de réponse offre une alternative rapide et peu coûteuse à ces calculs exigeants en temps de calcul et en espace mémoire. L'objet de cette thèse est d'étoffer l'applicabilité de la méthode d'identification modale (MIM) dans le contexte de la mécanique des fluides. Il s'agit d'une méthode de réduction de modèle qui s'appuie sur la minimisation d'un écart entre les sorties d'un modèle de référence et celles d'un modèle réduit. Les paramètres du modèle réduit sont vus comme les variables d'un problème d'optimisation. Nous développons la méthode dans le cadre d'écoulements turbulents. L'écoulement autour d'un cylindre circulaire constitue le cas d'application principal de ces travaux. Il nous permet de tester nos méthodologies dans diverses configurations incompressibles : stationnaires, instationnaires, écoulements isothermes ou de convection forcée thermique. Ces modèles produisent des champs de vitesse, de température, des densités de flux de chaleur. . . Une autre application concerne un profil d'aile dans un écoulement sub à transsonique. Pour celle-ci, les sorties des modèles sont des coefficients de traînée et de portance, ainsi que des répartitions de coefficients de pression le long de la surface portante. Cet exemple nous permet de mettre en évidence l'impact de l'échantillonnage sur la construction du modèle
Most engineering processes dealing with aerothermics involve numerical simulations (CFD) which need to take transient phenomena into account to be realistic. Low order models and responses surfaces offer the engineer an alternative to the high costs associated with CFD processes, providing him with surrogates for the outputs of his interest. This work is devoted to extend the Modal Identification Method (MIM) in the field of fluid dynamics. MIM is a low order modelling techniques, based on the minimization of the discrepancy between a usually large reference model, and a low order model. It solves an optimization problem whose variables are the low order model parameters. Low order models are built for several kinds of turbulent flows. The circular cylinder in a crossflow provides us with several test cases. We cope with steady flows or unsteady ones, be them in forced convection or isothermal cases. Those models are able to produce outputs as different as velocity and temperature fields, heat fluxes. . . The compressible flow around a wing profile is also considered to investigate the sampling effect. Those models give quick approximates of the pressure distribution or the force coefficients

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Carpy, Sabrina. "Contribution à la modélisation instationnaire de la turbulence : modélisations urans et hybride rans/les." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2342.

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Abstract:

Cette thèse concerne la modélisation instationnaire de la turbulence. La présence de structures à grande échelle dans des écoulements statistiquement stationnaires invalide certaines hypothèses. L’introduction du terme pour les équations URANS ne suffit pas, une nouvelle décomposition et un opérateur associé sont nécessaires. L’applicabilité des méthodes de fermeture usuelles doit alors être vérifiée. Par exemple, la périodicité du jet synthétique entraîne un non-équilibre créant un non-alignement permanent des tensions de déformation et d’anisotropie que le modèle RSM reproduit mais pas le modèle k-ε. La modélisation hybride RANS/LES non-zonale, dérivée d’une proposition initiale de Schiestel, repose donc sur des équations de transport pour les tensions de Reynolds (ij)SGS, et pour la dissipation, où l’opérateur de décomposition joue le rôle d’un filtre dont la fréquence de coupure peut être maîtrisée. La qualité des résultats obtenus sur une couche de mélange temporelle atteste de la capacité de ce modèle à capter les grandes structures de l’écoulement
The aim of this work is to account for the unsteadiness effects on the turbulence in single point closure. The existence of large scale structures in statistically steady flows leads to reconsider some hypothesis. Much more than adding the time derivatives , the URANS equations needs to consider a new decomposition and an assiociated operator. Therefore, the applicability of usual closure methods has to be examined. For exemple, the periodicity of a synthetic jet leads to a non-equilibrium, which induces a permanent misalignment of anisotropy tensor and strain tensors. RSM are able to reproduce this misalignment, whereas k-ε. Model can't. A seamless hybrid RANS/LES method, based on the version of Schiestel's model, relies on transport equations for the subgrid stress (ij)SGS and dissipation. The decomposition operator is then assimilated as a filter with an adapatative cutoff frequency. The predictions obtained on a temporal mixing layer shows the ability of this model to capture the very large structure of the flow

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Lancial, Nicolas. "Effets de la rotation sur la dynamique des écoulements et des transferts thermiques dans les machines électriques tournantes de grande taille." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0021/document.

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Abstract:

EDF exploite sur son parc de production de nombreuses machines électriques tournantes. Les contraintes thermiques subies par celles-ci engendrent des échauffements locaux qui nuisent à leur intégrité. Le présent travail contribue à fournir des méthodes de calcul adaptées à la détection et à la localisation des points chauds. Il participe à améliorer la compréhension des écoulements en rotation et leurs effets sur les transferts thermiques. Plusieurs dispositifs expérimentaux, de complexité ascendante, ont été utilisés pour comprendre et valider les simulations numériques. Une première étude sur une marche descendante (demi-pôle) parcourue par un jet de paroi non-confiné a mis en avant des différences par rapport à un jet confiné ; ces deux cas existent dans un alternateur. Une seconde étude menée sur une cavité tournante confinée a analysé l’impact d’un écoulement de Taylor-Couette-Poiseuille sur la température et la position des points chauds créés, en balayant l’ensemble des régimes d’écoulement. Ces études ont mis en exergue une première méthode de calcul fiable, fondée sur l’étude numérique CHT. Une autre méthode, basée sur la FEM couplée à une méthode inverse, a été testée sur une maquette d’alternateur hydraulique afin de pallier aux temps de calcul longs de la première. Cette méthodologie remonte aux coefficients d’échanges convectifs numériques à partir des mesures du champ thermique du rotor, mais n’est envisageable que lorsque l’on dispose de données expérimentales suffisantes. Ces travaux ont aussi mis en évidence de nouvelles techniques de mesures sans contact, comme l’utilisation d’un pyromètre à haute fréquence pour la mesure de température sur des machines tournantes
EDF operates a large number of electrical rotating machines in its electricity generation capacity. Thermal stresses which affect them can cause local heating, sufficient to damage their integrity. The present work contributes to provide methodologies for detecting hot spots in these machines, better understanding the topology of rotating flows and identifying their effects on heat transfer. Several experimental scale model were used by increasing their complexity to understand and validate the numerical simulations. A first study on a turbulent wall jet over a non-confined backward-facing step (half-pole hydrogenerator) notes significant differences compared to results from confined case : both of them are present in an hydrogenerator. A second study was done on a small confined rotating scale model to determinate the effects of a Taylor-Couette-Poiseuille on temperature distribution and position of hot spots on the heated rotor, by studying the overall flow regimes flow. These studies have helped to obtain a reliable method based on conjugate heat transfer (CHT) simulations. Another method, based on FEM coupled with the use of an inverse method, has been studied on a large model of hydraulic generator so as to solve the computation time issue of the first methodology. It numerically calculates the convective heat transfer from temperature measurements, but depends on the availability of experimental data. This work has also developped new no-contact measurement techniques as the use of a high-frequency pyrometer which can be applied on rotating machines for monitoring temperature

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Marion, Yves. "Méthodes spectrales et décomposition en sous-domaines : application à la résolution des équations de Navier Stokes instationnaires." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO10009.

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Abstract:

On presente une technique de partition en sous domaines qu'on applique aux equations de navier-stokes bidimensionnelles. Dans chaque sous-domaine, les equations de navier-stokes incompressibles exprimees en variables primaires vitesse-pression sont resolues. La trace de la pression sur la frontiere du domaine de calcul est calculee a l'aide d'une technique de matrice d'influence. Application a un ecoulement en cavite regularisee et a l'ecoulement laminaire dans un canal derriere une marche pour des nombres de reynolds moderes

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Watrigant, Mathieu. "Investigation des méthodes d'estimation en aéroacoustique automobile par résolution temporelle rapide des équations intégrales." Poitiers, 2010. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2010/Watrigant-Mathieu/2010-Watrigant-Mathieu-These.pdf.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique des calculs aéroacoustiques dans la zone source, en vue d'une meilleure estimation du bruit aérodynamique perçu par les occupants d'un véhicule. L'objectif recherché est de proposer une méthode de calcul qui prenne en compte les contraintes industrielles. Une analogie pour la pression totale est développée et résolue à cet effet. Cette analogie est obtenue par une recombinaison des équations de Navier-Stokes, d'une manière similaire à celle effectuée par Lighthill en 1952. Les analogies aéro-acoustiques présentent l'avantage d’être industriellement accessibles. Nous réalisons ensuite une validation de l'analogie proposée pour des cas d'écoulements à compléxité croissante. Les premières validations sont réalisées dans le domaine fréquentiel à l'aide de sources définies de manière analytique et sans obstacle, en 2D et 3D. Nous profitons de ces sources analytiques pour déterminer les limites de validité des résultats de l'analogie proposée. Le deuxième cas test étudié concerne l'écoulement autour d’un cylindre 2D, dans le domaine spectral. Pour ce cas, nous disposons à la fois d'un calcul direct acoustique (DNA, référence) et d'un calcul LES 2D obtenu avec le logiciel Fluent. Les résultats de l'analogie appliquée aux sources obtenues d'une part par le calcul DNA et d'autre part par le calcul LES sont comparés à ceux obtenus directement par le calcul DNA. Enfin, nous ouvrons le travail à une application industrielle avec l'étude de l'écoulement autour d'un obstacle tridimensionnel complexe à nombre de Reynolds élevé. L'écoulement aérodynamique est simulé à l'aide d'une méthode hybride RANS / LES (type DES), et les calculs d'analogie sont réalisés dans le domaine temporel, par la méthode des temps avancés
The work exposed in this report refers to aeroacoustic calculations in source field for automotive applications. Indeed, a better estimation of the total or the acoustic pressure on the skin of the car is necessary in order to have a good estimation of the aerodynamic noise felt by the passengers of the car. The first aim seeks in this work is to develop a aeroacoustic analogy, that is the only aeroacoustic calculation method industrially used, which let us have access to de total pressure in the source field. This analogy is obtained by a simple Navier - Stokes equations combinaison, based on Lighthill’s and Doak’s works. Then, a validation of this analogy is done with increasing difficulties test cases. The first validation is done in the Fourier domain with the help of analytically defined source terms, in 2D and 3D. Those test cases are then re-used to determine the limits of the proposed analogy. The second test case is the flow around a 2D cylinder, that have been simulated both with a direct acoustic method and an incompressible 2D-LES with Fluent. The proposed analogy is applied with the source terms obtained by both the DNA and incompressible LES, and give quite good results compared to results directly obtained by the DNA. Finally, we open the work on an industrial application by studying analogy results on a complex tridimensionnal case with high Reynolds number. The aerodynamic simulation is based on a hybrid RANS/LES method (DES) and the analogy calculation is done in the temporal domain, with the help of the advanced times procedure

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Abdollah-Shamshirsaz, Mehrdad. "Étude expérimentale et simulation numérique des écoulements de jets plans confinés instationnaires." Toulouse, INPT, 1986. http://www.theses.fr/1986INPT062H.

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Abstract:

Etude de la structure de recirculation cree dans des reservoirs par des jets instationnaires. Visualisation et mesures de concentration en traceur passif sur des jets intermittents, commutants ou alternes. Simulation numerique de ces ecoulements

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Sanchez, Laurent. "Etude expérimentale et simulation numérique d'un jet confiné en régime pulsé : application à la régurgitation de la valve mitrale." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2311.

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Abstract:

La difficulté de définir l'origine exacte d'une régurgitation valvulaire mitrale, pour les cardiologues, pose un problème essentiel concernant l'impact sur le patient. L'amélioration de la détermination de la cause du jet régurgitant permettra de mieux décider du traitement, voir de l'opération adéquate. C'est pourquoi, nous avons cherché à reproduire cet écoulement qui est semblable à l'étude d'un jet à travers une conduite cylindrique, en présence d'une singularité, pour des conditions d'écoulements proches de celles existantes dans le cœur au cours du cycle cardiaque. Cette étude a été rendue possible par une méthode expérimentale, grâce à la technique de mesure PIV, et d'un banc expérimental adapté, et par une étude numérique ayant pour but de compléter certains points inaccessibles par l'expérimentation. Tout d'abord, le premier résultat a été la visualisation par la méthode non-intrusive de la PIV, d'un jet semi-confiné à caractère physiologique. Ensuite, l'analyse des résultats apporte des informations spécifiques sur l'écoulement. Le corps potentiel, la décroissance du jet ou encore les contraintes de cisaillement en régime pulsé sont des données spécifiques de l'écoulement. Elles nous permettent de définir et vérifier certaines lois empiriques. D'autres données nous renseignent sur les éventuelles conséquences qu'un tel type d'écoulement peut avoir sur l'organisme. A partir de l'étude numérique, réalisé en partie par le code commercial FluentÒ, et par le développement d'un code de DNS, nous avons pu tirer et conforter certaines idées émergeantes de l'expérimentation, dans des zones difficiles d'accès par la PIV. Mais des différences trop importantes ne nous permettent pas de faire une totale comparaison entre données numériques et expérimentales. Les relations trouvées dans cette étude, qui sont spécifiques à un jet régurgitant, pourront permettre de mieux définir certains phénomènes d'écoulements.

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Boudghène-Stambouli, Mustapha-el-Habib. "Analyse physique, modélisation et simulation numérique des écoulements turbulents instationnaires en canal pulsés." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT049H.

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Abstract:

Les travaux realises dans cette etude s'inscrivent dans le cadre de l'analyse des ecoulements instationnaires. Elle concerne plus particulierement les ecoulements instationnaires pulses en canal. Le choix de cette configuration a ete faite dans le but d'etudier separement l'influence des differents parametres qui gerent ce type d'ecoulement. Le travail rapporte concerne: (i) la validation d'un code de calcul ; (ii) une analyse physique: *tout d'abord, dans le cas laminaire, *dans le cas transitionnel, par l'etude de l'influence de l'instationnarite sur la transition de la couche limite, *enfin, dans le cas plus complexe a savoir l'etat turbulent ou une etude parametrique s'avera utile dans la comprehension des mecanismes physiques de ce type d'ecoulement ainsi que dans le comportement des differents modeles de turbulence ; (iii) une evaluation des modeles de fermeture a zero equation, a deux equations et a faibles nombres de reynolds de turbulence ainsi qu'un modele aux contraintes de reynolds ; (iv) le but ultime de cette analyse devra nous conduire a une meilleure modelisation des ecoulements instationnaires

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Pingaud, Hervé. "Simulation statique et simulation dynamique des échangeurs à plaques brasées." Toulouse, INPT, 1988. http://www.theses.fr/1988INPT028G.

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Abstract:

Programme integrant toutes les configurations de cette categorie d'echangeurs, a partir d'une description precise de sa geometrie. Determination des limites de son fonctionnement, particulierement des deviations des flux thermiques entre les passages. Description du modele. Illustration des performances du programme par quelques exemples en regimes permanent et transitoire

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Cordier, Hélène. "Simulation numérique de l'interaction en milieu confiné d'un écoulement de convection forcée avec un panache thermique : application à la ventilation de tunnels routiers en cas d'incendie." Aix-Marseille 2, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX2A002.

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Kaufmann, André. "Vers la simulation des grandes échelles en formulation Euler-Euler des écoulements réactifs diphasiques." Toulouse, INPT, 2004. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000131/.

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Abstract:

De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des écoulements gaz-particules. La conception de ces applications nécessite la connaissance du comportement de la phase dispersée. Ce comportement a été principalement étudié grâce à des expériences ou plus récemment des simulations stationnaires statistiques. La simulation instationnaire simultanée de la phase porteuse et de la phase dispersée est souvent faite en utilisant le suivi Lagrangien des particules. Cette approche est cependant coûteuse numériquement dans les géométries industrielles avec des nombres de particules réalistes. Dans ce travail une méthode eulérienne instationnaire est proposée. Des tests numériques utilisant cette méthode et la comparaisons avec des simulations identiques utilisant un suivi lagrangien des particules montrent les possibilités et limites de la méthode.

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Andro, Jean-Yves. "Aérodynamique d'un profil d'aile battante à bas nombre de Reynolds." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Andro-Jean-Yves/2008-Andro-Jean-Yves-These.pdf.

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Abstract:

Les récents progrès des microtechnologies permettent le développement de microdrones d’une envergure inférieure à 15 cm devant assurer des missions d’observation ou d’intervention en milieu risqué. Une approche biomimétique utilisant un système de locomotion par ailes battantes semble notamment prometteuse car elle permettrait une capacité de vol stationnaire et une grande manoeuvrabilité en milieu confiné. Cependant, l’aérodynamique des ailes battantes à bas nombre de Reynolds diffère sensiblement de l’aérodynamique des applications classiques en raison du phénomène de lâcher tourbillonnaire et de la superposition de nombreux mécanismes instationnaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons dans un premier temps étudié le lâcher tourbillonnaire derrière un profil d’aile en caractérisant théoriquement et expérimentalement l’apparition de ce lâcher puis en le simulant numériquement. Des essais en bassin hydrodynamique précisent enfin l’influence des effets 3D et du nombre de Reynolds sur les efforts créés par le lâcher tourbillonnaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié par simulation numérique directe (DNS) les mouvements fondamentaux du vol battu, c'est-à-dire le pilonnement pur et le tangage pur, afin de mettre en évidence les mécanismes instationnaires, de différencier les stratégies du vol battu et de proposer des modèles simplifiés pouvant décrire les efforts instantanés
Recent progress made in the domain of microtechnologies allow the design of very small sized Micro Air Vehicles (MAVs), whose wingspan is inferior than 15 cm, suitable for observation or intervention in hazardous environments. A biomimetic approach using flapping wing locomotion seems to be promising because it could allow hovering flight and great manoeuvrability in confined environments. However, flapping wings aerodynamics at low Reynolds numbers differs from classical applications aerodynamics due to the vortex shedding phenomenon and the superimposition of various unsteady mechanisms. In a first time, we have studied the vortex shedding on an airfoil by characterising theoretically and experimentally its apparition and then by simulating it numerically. Experiments in a water tank have finally specified the three dimensional effects and Reynolds number effects on the efforts generated by the vortex shedding. In a second time, thanks to direct numerical simulation (DNS), we have studied the fundamental movements of the flapping flight, i. E. Pure heaving and pitching movements, so as to emphasize the various unsteady mechanisms, to differentiate the various flapping flight strategies and to propose simplified models that could describe instantaneous efforts

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Jin, Gang. "Simulation numérique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour d'un profil d'aile à forte incidence." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT130H.

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Abstract:

L'ecoulement instationnaire turbulent autour d'un profil d'aile a forte incidence a ete etudie pour un fluide incompressible. La configuration du profil d'aile a ete placee dans un ecoulement uniforme stationnaire ou oscillant en tamis. La mise en uvre d'un logiciel de calcul est effectuee en maillage curviligne de type h, precis au second ordre temporel et spatial, permettant la resolution des equations de navier-stokes completes pour un sillage de geometrie complexe, afin de predeterminer la naissance d'instabilites, du decollement instationnaire et des structures organisees du sillage a des nombres de reynolds moderes. Dans ce contexte, une analyse physique des proprietes de l'ecoulement a la sortie du domaine a permis de developper des conditions limites non-reflectives, en ecoulement incompressible et instationnaire, dans le systeme des equations de navier-stokes. Ce type de conditions limites a permis d'utiliser une distance raisonnable a l'aval et d'effectuer des economies notables sur le temps de calcul. Ainsi il minimise les effets de retroaction et de confinement artificiel. Le developpement du modele de turbulence instationnaire a deux equations est effectue sur les equations de navier-stokes en moyenne de phase pour les nombres de reynolds eleves. Cette methodologie permet de calculer les effets fortement instationnaires (ecoulement turbulent en tamis) pour une geometrie complexe. Un traitement de modele a faible nombre de reynolds est inclus. Une modelisation pour le terme de production d'energie cinetique turbulente, en fonction du rotationnel local, est proposee d'apres des considerations physiques, afin de surmonter le probleme de la surproduction d'energie turbulente dans la region au voisinage du point d'arret. L'ensemble des resultats obtenus montrent l'efficacite de cette approche pour la predetermination des ecoulements instationnaires, decolles en situation naturelle et forcee

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Haberkorn, Marie. "Simulations des grandes échelles en canal plan turbulent : Effets de compressibilité et propagation acoustique." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2004. https://publication-theses.unistra.fr/restreint/theses_doctorat/2004/HABERKORN_Marie_2004.pdf.

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Goncalves, de Miranda Fabienne. "Étude numérique de l'écoulement instationnaire diphasique dans les propulseurs à propergol solide d'Ariane 5." Toulouse, ENSAE, 2000. http://www.theses.fr/2000ESAE0021.

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Abstract:

Cette étude s'inscrit dans le cadre de recherches, menées dans différents laboratoires, sur l'optimisation des moteurs à propergol solide d'Ariane 5 (MPS P230). Dans une certaine plage de fonctionnement du moteur, l'écoulement diphasique généré par la combustion du propergol enrichi en aluminium se couple à l'acoustique de la veine et crée ainsi des instabilités pouvant être dramatiques. D'autre part, certaines gouttelettes forment, dans le fond arrière du propulseur, une flaque dont le ballottement induit des déséquilibres et des oscillations de poussée. L'objectif de la thèse est de comprendre l'influence de la phase dispersée sur le couplage aéroacoustique au sein du P230 grâce à une étude numérique approfondie. La géométrie support est une maquette du moteur, VIOLETTE, fonctionnant en gaz froid. Le manuscrit comprend trois parties : les phénomènes physiques mis en jeu et les méthodes numériques utilisées, la modélisation de l'écoulement diphasique en gaz froid, l'influence de l'évaporation des gouttes d'aluminium. L'écoulement gazeux instationnaire est calculé en résolvant les équations laminaires de Navier-Stokes grâce au code MSD, couplé au module LSD pour la simulation déterministe lagrangienne de la phase liquide, en two-way coupling. En gaz froid, la présence de gouttelettes cause une diminution des fréquences et amplitudes d'oscillation, et de la pression moyenne. Ces phénomènes sont fortement dépendants des conditions d'injection des gouttes. En gaz chaud, l'évaporation des gouttes accroît les échanges entre phases. La pression moyenne et l'amplitude des fluctuations augmentent considérablement par rapport au cas monophasique. Enfin, l'excitation de modes acoustiques transverses a été mise en évidence par la prise en compte de l'évaporation des gouttelettes.

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Reynier, Philippe. "Analyse physique, modélisation et simulation numérique des jets simples et des jets coaxiaux turbulents, compressibles et instationnaires." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT084H.

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Abstract:

Cette these a pour objet l'analyse physique, la modelisation et la simulation numerique des jets ronds et des jets coaxiaux turbulents compressibles et instationnaires. Tout d'abord, nous avons procede a une revue des connaissances existantes sur les ecoulements etudies avec un effort particulier au niveau de l'etude des instabilites dans la region proche des jets. Puis, l'aspect de la modelisation du probleme physique est aborde avec l'expose des differents niveaux de fermeture utilises dans les equations de navier-stokes. Ensuite, l'aspect numerique est presente a travers la description detaillee du schema aux volumes finis utilise pour les simulations indirectes. L'etude du jet rond compressible a permis de mettre en evidence les effets de compressibilite sur la stabilisation de l'ecoulement ainsi que l'influence des conditions d'entree sur la presence d'instabilites dans la region proche. Enfin, sont presentes les resultats des simulations de jets coaxiaux dans des configurations homogenes et heterogenes. Cette derniere partie a pour interet industriel l'etude des phenomenes physiques lies a l'injection dans les moteurs fusees cryotechniques

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Taheri, Arash. "Detached eddy simulation of unsteady turbulent flows in the draft tube of a bulb turbine." Doctoral thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27061.

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Abstract:

Les aspirateurs de turbines hydrauliques jouent un rôle crucial dans l’extraction de l’énergie disponible. Dans ce projet, les écoulements dans l’aspirateur d’une turbine de basse chute ont été simulés à l'aide de différents modèles de turbulence dont le modèle DDES, un hybride LES/RANS, qui permet de résoudre une partie du spectre turbulent. Déterminer des conditions aux limites pour ce modèle à l’entrée de l’aspirateur est un défi. Des profils d’entrée 1D axisymétriques et 2D instationnaires tenant compte des sillages et vortex induits par les aubes de la roue ont notamment été testés. Une fluctuation artificielle a également été imposée, afin d’imiter la turbulence qui existe juste après la roue. Les simulations ont été effectuées pour deux configurations d’aspirateur du projet BulbT. Pour la deuxième, plusieurs comparaisons avec des données expérimentales ont été faites pour deux conditions d'opération, à charge partielle et dans la zone de baisse rapide du rendement après le point de meilleur rendement. Cela a permis d’évaluer l'efficacité et les lacunes de la modélisation turbulente et des conditions limites à travers leurs effets sur les quantités globales et locales. Les résultats ont montrés que les structures tourbillonnaires et sillages sortant de la roue sont adéquatement résolus par les simulations DDES de l’aspirateur, en appliquant les profils instationnaires bidimensionnels et un schéma de faible dissipation pour le terme convectif. En outre, les effets de la turbulence artificielle à l'entrée de l’aspirateur ont été explorés à l'aide de l’estimation de l’intermittence du décollement, de corrélations en deux points, du spectre d'énergie et du concept de structures cohérentes lagrangiennes. Ces analyses ont montré que les détails de la dynamique de l'écoulement et de la séparation sont modifiés, ainsi que les patrons des lignes de transport à divers endroits de l’aspirateur. Cependant, les quantités globales comme le coefficient de récupération de l’aspirateur ne sont pas influencées par ces spécificités locales.
Draft tubes play a crucial role in elevating the available energy extraction of hydroturbines. In this project, turbulent flows in the draft tube of a low-head bulb turbine were simulated using, among others, an advance hybrid LES/RANS turbulent model, called DDES, which can resolve portions of the turbulent spectrum. Providing appropriate inflow boundary conditions for such models is a challenging issue. In this regard, different inflow boundary conditions were tested, including axisymmetric 1D profiles, and unsteady 2D inflow profiles that take runner blade wakes and vortices into account. Artificial fluctuation at the inlet section of the draft tube was also included to mimic the turbulence existing after the runner. Simulations were conducted for two draft tube configurations of the BulbT project. For one of them, intensive comparisons with experimental data were done for two operating conditions, one at part load and another in the sharp drop-off portion of the efficiency hill after the best efficiency point. This allowed to assess the effectiveness and shortcomings of the adopted turbulence modeling and boundary conditions through their effects on the global and local quantities. The results showed that the runner-related vortical structures and wakes are appropriately resolved using stand-alone DDES simulation of the draft tube flows. This is achieved by applying unsteady 2D inflow profiles along with adopting low dissipation scheme for the convective term. Furthermore, the effects of applying artificial turbulence at inlet were explored using separation intermittency, two-point correlation, energy spectrum and Lagrangian coherent structure concepts. These analyses revealed that the type of inflow boundary conditions modifies the details of the flow and separation dynamics as well as patterns of the transport barriers in different regions of the draft tube. However, the global quantities such as recovery coefficient are not influenced by these local features.

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Kozuch, Ludovic. "Etude de l'écoulement dans une turbomachine axiale transsonique en présence ou non d'une distorsion amont : Validation d'un outil de simulation et analyse instationnaire." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1890_lkozuch.pdf.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est l'étude numérique de l'effet d'une distorsion de l'écoulement amont sur l'écoulement transsonique dans une turbomachine axiale. Cette étude a été réalisée avec le solveur NSMB, qui a nécessité certaines adaptations pour les écoulements dans les turbomachines. Le principal développement concerne l'introduction d'une hypothèse de périodicité spatio-temporelle permettant, pour des calculs instationnaires, de restreindre le domaine de calcul à un unique canal interaube de la machine. L'écoulement stationnaire a été en premier lieu analysé, à l'aide de simulations bidimensionnelles non visqueuses, bidimensionnelles visqueuses et tridimensionnelles visqueuses. Puis le cas instationnaire de l'écoulement en présence de la distorsion, imposée par le biais de la condition aux limites d'entrée sous la forme d'un déficit de pression totale, a été étudié. Pour cette étude, le cas retenu est un cas bidimensionnel et non visqueux. Une méthodologie d'analyse a été mise en place pour l'analyse du calcul instationnaire. Il se dégage de cette analyse que la distorsion ne modifie pas le point de fonctionnement auquel opère la machine, mais qu'elle provoque une fluctuation non négligeable de la structure d'ondes de choc. De plus, grâce à une double décomposition de l'écoulement instationnaire en série de Fourier (selon la variable circonférentielle et le temps), cette analyse a permis notamment d'identifier des modes acoustiques tournants propagatifs en aval du rotor, les autres modes étant évanescents. Cette décomposition a également permis de quantifier de manière modale l'atténuation de la distorsion de pression totale à travers le rotor de soufflante. Les résultats obtenus suggèrent que cette atténuation est fortement liée au déplacement de l'onde de choc
The aim of this study is the numerical study of the effects of distorted inlet flow conditions upon the transsonic flow through an axial turbomachine. This study has been carried out with the NSMB solver, which has been adapted for turbomachinery flow simulations. The main development is the introduction of a spatio-temporal hypothesis allowing to reduce the computational domain to a single blade-to-blade passage for unsteady flows. First, we have investigated the steady flow, with two-dimensionnal inviscid, two-dimensionnal viscous, and three-dimensionnal viscous simulations. Then, the unsteady case with inlet distortion has been considered. The inlet distortion, prescribed by the mean of the upstream boundary condition, is modeled by a gaussian deficit of the total pressure. In this last part of the work we consider the two-dimensionnal inviscid case. A methodology for the unsteady analysis has been set up. A first conclusion drawn from this analysis is that the distorsion does not modify the operating point, but it generates non negligible fluctuations in the shock waves structure. Moreover, the use of a double Fourier expansion, both in time and in circumferential direction, allowed us to identify turning acoustic modes propagating downstream the rotor, the other modes being evanescent. This expansion allowed us to quantify in a modal way the attenuation of the total pressure distorsion through the rotor of the fan. The obtained results suggest that this attenuation is strongly linked to the movement of the shock wave

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Dissertations / Theses on the topic 'Écoulement instationnaire (dynamique des fluides) – Simulation, Méthodes de'

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