Dissertations / Theses: 'Hydrodynamique des navires'

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Laurens, Jean-Marc. "Comportement hydrodynamique d'un gouvernail travaillant dans le sillage d'une hélice." Brest, 2002. http://www.theses.fr/2002BRES2015.

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Abstract:

Pour dimensionner le gouvernail il faut donc pouvoir estimer avec une précision raisonnable les efforts hydrodynamiques qu'il engendre dans cette configuration or l'approche classique consistant à remplacer l'action de l'hélice par un disque moteur ne donne une approximation raisonnable que si l'hélice n'est que modérément chargée. Grâce à un apport de travaux antérieurs, trois méthodes de couplage par champs de vitesses induites entre un code potentiel corps épais et un solveur Navier-Stokes ont été développées pour simuler l'écoulement stationnaire et instationnaire autour des deux appendices. On vérifie par comparaison avec des résultats expérimentaux disponibles que les différentes méthodes donnent des résultats satisfaisants. La souplesse et la rapidité relative du calcul et de sa mise en œuvre permet la simulation de nombreuses configurations. Un certain nombre de configurations différentes sont simulées en régime instationnaires afin de mettre en évidence l'influence des paramètres géométriques sur les coefficients hydrodynamiques du gouvernail travaillant dans le sillage du propulseur
In order to determine the dimensions of the rudder, a reasonably accurate prediction of the hydrodynamic forces generated by this configuration should be made. Several methods were developed to simulate this interaction by coupling the potential code and the RANS code. The obtained results are in good agreement with available experimental results. Moreover, the computational speed allows a parametric analysis of the interaction (rudder position, propeller load, etc. ) to be carried out. Several configurations are simulated in the unsteady state mode in order to estimate the influence of geometric parameters on the hydrodynamic coefficients of a rudder operating in the propeller slipstream

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Doutreleau, Yann. "Étude mathématique et numérique du problème de résistance de vagues." Palaiseau, École polytechnique, 1997. http://www.theses.fr/1997EPXX0004.

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Abstract:

L'objet de ce travail est de determiner l'ecoulement autour d'un corps se deplacant d'un mouvement rectiligne uniforme dans une eau initialement au repos. Dans un cadre d'ecoulement irrotationnel de fluide parfait, ce probleme est connu sous le nom de probleme de resistance de vagues. Les methodes usuelles de la theorie potentielle en domaine borne mettent en evidence deux situations tres differentes suivant que le corps est immerge sous la surface de l'eau ou perce cette derniere. Dans le premier cas, nous montrons par des techniques variationnelles que le probleme est toujours bien pose sauf peut-etre pour un nombre discret de valeurs de la vitesse du corps eventuellement complexes, appelees resonances. Des calculs numeriques de resistance de vagues illustrent ces resultats. Dans la seconde situation, des questions theoriques et numeriques tres difficiles apparaissent. On s'est essentiellement consacre a la mise au point d'une technique de discretisation originale permettant en theorie d'obtenir des resultats numeriques pour le cas du corps percant la surface de l'eau. Dans la pratique, cette methode ne permet de contourner qu'une partie, certes importante, des difficultes et necessite le recours a une methode spectrale complementaire

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Berton, Mikaël. "Analyse et optimisation numériques des performances de carènes élancées en mouvement instationnaire : application aux bateaux d'aviron." Nantes, 2007. http://www.theses.fr/2007NANT2136.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce manuscrit est dédié à l’analyse et la modélisation des efforts hydrodynamiques s’exerçant sur des carènes dont le mode de propulsion impose des mouvements non stationnaires de cavalement, pilonnement, tangage et lacet. Les recherches sont menées sur des bateaux de compétition à propulsion humaine et plus particulièrement les bateaux d’aviron et les kayaks. Le code ICARE3D utilisé pendant cette étude est validé grâce à des essais en bassin originaux menés sur une carène de skiff en mouvements de cavalement stationnaire et instationnaire. La procédure V\&V (Verification and Validation) est appliquée avec succès dans ce contexte. Au cours de la deuxième partie, les méthodes de plan d'expériences (MPE) numériques et de krigeage sont mise en oeuvre. Elle est utilisée dans le cadre de cette thèse d’une façon qualitative afin de décrire les influences de différents facteurs comme la fréquence, l’amplitude, le déplacement ou l’assiette sur le coefficient de traînée. Les calculs sont réalisés en bassin ou en milieu infini afin de caractériser les effets dus au confinement sur les efforts hydrodynamiques. A l’issu de la deuxième partie, un simulateur couplant la mécanique de l’aviron au code de calcul ICARE3D est réalisé et utilisé dans le cadre d’un plan d’expériences. Dans la continuité de cette approche, la troisième partie décrit l’ensemble des outils développés dans le cadre d’un processus d’optimisation de forme de carène. Des algorithmes stochastiques sont couplés à des métamodèles afin d’accélérer la vitesse de convergence et réduire les temps de calcul. Deux exemples d'applications originales en hydrodynamique sont proposés
The work presented in this memoir deals with the modelization of the hydrodynamical loads acting on ship hull with unsteady surge, heave and pitch motions. This study focuses on competitive rowing boats and kayaks. In the first part, the Navier-Stokes code ICARE3D is used and validated with original towink tank experiments on a rowing boat with both steady and unsteady surge motions. The V&V (Verification and Validation) procedure is then applied with success. In the second part, the kriging and the design of experiments methodologies (DOE) are implemented and applied. The DOE is used in both qualitative and quantitative ways to determine the influent factors like frequency, amplitude, displacement or trim on the total drag coefficient. Both open sea and basin configurations are considered for the numerical simulations. At the end of this part, the complete rowing system obtained by coupling mechanics and hydrodynamics solvers is tested and and used in a DOE procedure. Finally, a set of tools implemented in this work that unable us to perform shape optimization is described. In order to reduce CPU time during optimization, stochastic algorithms are coupled with surrogate models. Two optimization examples are given in naval hydrodynamic

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Liu, Ya Nan. "Effect of variable bathymetry on the linear anf slow-drift wave responses of floating bodies." Aix-Marseille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX11006.

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Abstract:

Le problème considéré dans ce mémoire a trait au comportement sur houle irrégulière des structures flottantes opérant en relativement faible profondeur d’eau. Une situation de référence est un terminal méthanier, où les navires viennent se charger ou décharger de GNL (Gaz Naturel Liquéfié). La consommation mondiale de gaz étant en augmentation constante, et les pays producteurs éloignés des pays consommateurs, le transport de GNL par navires méthaniers est en forte croissance. De plus en plus fréquemment, faute d’espace et pour des raisons de sécurité, les terminaux ne sont plus en zone portuaire mais déportés au large, en mer ouverte, dans des profondeurs d’eau de 15 à 30 mètres. Les systèmes d’amarrage des navires doivent suffisamment restreindre leur mouvement pour permettre leur (dé)chargement, même pour des états de mer de quelques mètres de hauteur significative. Typiquement les périodes propres des mouvements horizontaux des méthaniers amarrés se situent entre 30 et 100 secondes : ceci signifie que non seulement leur réponse linéaire à la houle mais aussi leur réponse dite de ”deuxième ordre à basse fréquence” doit être correctement prédite dans le dimensionnement du système d’amarrage (aussi ères, ducs d’Albe, etc. ). L’industrie pétrolière offshore a maintenant acquis un grand savoir-faire dans le dimensionnement des systèmes d’ancrage en grande profondeur, pour ses unités de forage et de production. Il est rapidement apparu que les outils numériques développés pour ces applications n’étaient pas transposables au cas des terminaux méthaniers en zone côtière. En particulier des écarts importants ont été observés entre les prédictions des modèles numériques et les mesures faites en bassin d’essais, sur le comportement basse fréquence (aux fréquences propres du mouvement horizontal) du navire amarré. La raison la plus souvent invoquée de ces écarts est associée à la bathymétrie : la houle incidente évolue depuis le large sur des fonds variables, en profondeur d´ecroissante. Les variations bathymétriques sont le plus souvent lentes, avec des pentes de l’ordre du pour mille ou du pour cent, si bien qu’en première approximation les modèles classiques dits de faible pente prédisent correctement l’évolution de la houle ; mais cela n’est pas vrai de son contenu basse fréquence qui, localement, n’est pas le même que celui prédit par les théories de référence qui supposent une profondeur constante depuis l’infini. Il y a aussi des situations où le fond marin ne peut pas être considéré de faible pente, par exemple consécutivement à des opérations de dragage. Un cas de référence est le départ, depuis la côte, d’un pipeline o`u il s’avère souvent nécessaire de draguer un chenal pour que la barge de pose puisse opérer. Typiquement le chenal va avoir une profondeur de 10 à 15 mètres avec des fonds environnants beaucoup plus faibles. Là aussi des outils fiables sont necessaires pour prédire la réponse à la houle de la barge, dimensionner son ancrage, et vérifier que les contraintes dans le pipe sont admissibles. Le travail de thèse effectué ambitionne de faire avancer la connaissance sur ces problèmes de tenue à la houle de structures ancrées en bathymétrie variable, et de contribuer à l’amélioration des outils de dimensionnement.

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Marichal, Benoît. "Contribution numérique à l'étude de la manoeuvrabilité des corps élancés." Le Havre, 2001. http://www.theses.fr/2001LEHA0003.

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Abstract:

Un couplage entre deux méthodes complémentaires est proposé pour déterminer les efforts transversaux s'exerçant sur une carène. La première méthode résout les équations de Navier-Stokes parabolisées en formulation vitesse longitudinale-vorticité longitudinale autour d'un corps élancé en dérapage. L'utilisation d'un mailleur dynamique de sections 2D permet de s'affranchir de la création et du stockage d'un maillage tridimensionnel. La résolution du problème non-linéaire est effectuée à l'aide d'une méthode itérative de minimisation du résidu discret des équations ne nécessitant pas le stockage et l'inversion d'un système linéaire. L'algorithme développe s'avère robuste et plus économique que les classiques solveurs ADI. La seconde méthode utilise le champ de vorticité obtenu par le code parabolise pour créer une approximation tourbillonnaire discrète et consistante du champ de vorticité tridimensionnel dans une méthode intégrale en imposant une forme prédéterminée aux lignes-tourbillon a la paroi. La méthode parabolisée est validée en dimension 3 sur plusieurs corps élancés dont la carène série 60. Les principaux phénomènes tourbillonnaires observes expérimentalement sont correctement reproduits.

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Maisondieu, Christophe. "L'Absorption dynamique des ondes de gravite en régime instationnaire." Nantes, 1993. http://www.theses.fr/1993NANT2025.

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Abstract:

On considère un bassin de houle bidimensionnel dans lequel on étudie le problème de l'absorption dynamique des ondes de gravite par la translation d'une de ses parois verticales en réponse aux efforts hydrodynamiques qu'elle subit. On se place dans le cadre de la théorie linéaire des écoulements a surface libre des fluides parfaits pesants et on introduit les conditions aux limites classiques sur le contour du domaine fluide. En imposant une condition dite d'absorption optimale aux potentiels réfléchis et de radiation, on obtient une relation fréquentielle d'absorption totale en boucle ouverte caractérisée par une fonction de transfert complexe entre efforts hydrodynamiques et vitesse de l'absorbeur. Le passage au domaine temporel par transformation de fourrier inverse fait apparaitre une réponse impulsionnelle non causale rendant le système irréalisable. Plusieurs approximations causales du système sont alors étudiées. On détermine dans un premier temps une relation asymptotique basses fréquences du type Sommerfeld-Orlansky pour des grandeurs locales. On détermine ensuite une relation correspondant a un modèle de type feedback/feedforward conduisant au prix d'une hypothèse simplificatrice a une relation causale approchée purement instationnaire. L’efficacité de ce modèle n'étant que légèrement supérieure a celle du mode asymptotique, on montre qu'il est possible de l'améliorer de manière considérable en rajoutant une relation de dépendance vis-à-vis de la fréquence de l'onde incidente. Toutes les relations de transfert apparaissant dans ces lois de contrôle de l'absorbeur ont été identifiées par une méthode de lissage par exponentielles avant d'être testées numériquement de manière à éviter les calculs d'intégrales de convolution. On présente ensuite une décomposition de la relation d'absorption visant à obtenir de manière plus générale une boucle de contrôle de type feedback/feedforward ne faisant intervenir que des systèmes à réponse impulsionnelle causale. On présente enfin un modèle expérimental de bassin de houle bidimensionnel muni d'un tel système d'absorption par batteur piston.

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Lanfranchi, Jacques. "Études des résonances d'objets à symétrie cyclique : modes propres d'une hélice de navire." Le Havre, 1998. http://www.theses.fr/1998LEHA0015.

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Abstract:

Le sujet de cette étude concerne la détermination des modes de résonance de maquettes d'hélices de navire placées dans l'air et dans l'eau, l'hélice étant statique. Afin de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu, et compte tenu de la géométrie complexe de l'hélice, les travaux ont été menés en commençant par l'étude de modelés très simplifiés. Dans le chapitre I, une étude et expérimentale est réalisée sur deux objets, chacun étant constitue d'une plaque soudée sur un moyeu. L'influence de la disposition des plaques dans l'excitation des modes de résonance est analysée. La comparaison entre les mesures faites dans l'air, et celles faites dans l'eau montre l'influence du liquide sur les résonances. Dans le chapitre II, il est établi que le comportement vibratoire des plaques soudées, déterminé théoriquement par le calcul en basse fréquence dans le chapitre I, peut également être interprète par la propagation d'ondes guidées. Il est montre que des ondes de Lamb effectuent des allers-retours dans la largeur de la plaque. Dans le chapitre II les principales propriétés des objets à symétrie cyclique sont présentées. Les modes de résonance de cibles à symétrie cyclique, composées de cinq plaques soudées sur un moyeu, sont mesures expérimentalement. Ces résultats sont comparés avec ceux obtenus au chapitre i sur une seule plaque. Le chapitre iv termine ces travaux par la détermination des modes de résonance dans l'air et dans l'eau de plusieurs maquettes d'hélice de navire. Les mesures expérimentales sont comparées aux valeurs théoriques calculées par la méthode des éléments finis.

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Tran, Khanh Toan. "Simulation de manœuvrabilité d’un navire, et identification des coefficients hydrodynamiques à partir des essais en mer." Compiègne, 2012. http://www.theses.fr/2012COMP2019.

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Abstract:

La manœuvrabilité des navires dépend de deux grands ensembles : (1) le navire, le système propulsif et les forces hydrodynamiques ; (2) l’influence des forces de confinement (interaction entre navire-berge/profondeur, navire-navire,. . ), de perturbation d’environnement (vent, courant,. . ), et du phénomène de grand instabilité du roulis. L’objectif de cette thèse de doctorat porte tout d’abord sur la modélisation et la simulation de la manœuvrabilité du navire, ensuite sur l’identification des coefficients hydrodynamiques prépondérants à partir des essais en mer, et sur la simulation et l’analyse de l’influence de confinement, des perturbations d’environnement et du roulis
Ship manoeuvring depends on two sets : (1) ship, propulsive system and hydrodynamic forces ; (2) influence of environmental perturbation forces (wind, current,. . ), of confined interaction (ship-bank/bottom, ship-ship,. . ) and parametric roll. The objectives of this PhD thesis focus firstly on ship manoeuvring modeling and simulation, then on preponderant hydrodynamic coefficient identification from sea trials, and finally on simulation and analysis of environmental perturbation influence and of roll

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Gamrat, Gabriel. "Modélisation de l’hydrodynamique et des transferts de chaleur dans des microcanaux à parois rugueuses." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0092.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse était de cerner l'effet de la rugosité sur l'écoulement et les transferts de chaleur. Nous avons mené des calculs numériques tridimensionnels afin de caractériser les interactions entre l'écoulement du liquide en simple phase et les éléments rugueux. Ces calculs ont révélé que l'écoulement dans la région rugueuse peut être modélisé comme bidimensionnel. Par conséquent, les calculs 2D ont été employés afin de déterminer le coefficient de traînée et le coefficient d'échange de chaleur. Ces resultats ont été utilisés dans un modèle unidimensionnel baptisé RLM développé parallèlement et basé sur la méthode des éléments discrets. Le coefficient de frottement dans un microcanal rugueux issu du modèle a été comparé aux résultats expérimentaux obtenus pour des microcanaux avec des rugosités de forme et de distribution contrôlées. Cette comparaison a montré un bon accord entre les deux approches. Ceci signifie que l'influence de la rugosité dans des microcanaux n'est pas changée par rapport à l'influence observée dans les conduits de taille conventionnelle. L'analyse des résultats a montré que l'influence de la rugosité dépend des paramètres géométriques caractéristiques locaux (porosité et fractionnement) lorsque la hauteur relative (k/0. 5H) des éléments est inférieure à O. S. Nous avons aussi montré la possibilité d'employer le modèle RLM afin de déterminer la performance thermique des échangeurs munis de micro¬ailettes
The objective of this thesis was to determine the effect of roughness on the flow and the heat transfers in microchannels. We carried out three-dimensional numerical simulations in order to characterize the interactions between the single-phase liquid flow and the rough elements. These calculations revealed that the flow in the rough near wall region can be modeled as two¬dimensional. Consequently, 2D numerical simulations were employed in order to determine the drag and heat transfer coefficients. These results were used in a one-dimensional model RLM (Rough Layer Model) based on the discrete elements method. The friction coefficient in a rough microchannel resulting from the RLM model was compared with the experimental results obtained for microchannels with roughness elements of controled form and distribution. This comparison showed a good agreement between the two approaches. This means that the influence of roughness in microchannels is not changed when compared to the influence observed in conventional size ducts. The analysis of the results showed that the influence of roughness depends on the local geometrical parameters (porosity and fractionation) when the relative height of the roughness elements «withlmodelmathlk/

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Oger, Guillaume. "Aspects théoriques de la méthode SPH et applications à l'hydrodynamique à surface libre." Nantes, 2006. http://www.theses.fr/2006NANT2118.

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Palma, Valérie de. "Simulation et rendu de modèle de tenue de navire en mer ou les premières "marines" de synthèse." Paris 8, 1997. http://www.theses.fr/1997PA081392.

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Abstract:

L'objectif de cette these est de creer les premieres "marines" de synthese, c'est a dire de representer un navire, ou tout autre engin en rapport avec l'eau, dans son environnement, mais aussi de simuler son comportement grace a l'utilisation de modele de tenue de navire en mer. Cette double tache s'inscrit dans une continuite artistique. Elle est l'aboutissement d'une lente et reguliere evolution, qui a fait des premiers navires a rames, de grands voiliers, puis de puissantes machines des mers, qui a toujours fascine et renouvele l'inspiration des artistes. Cette recherche nous amene a nous interroger sur la place qu'occupe le navire dans l'art, le role que rempli l'artiste et l'originalite de son oeuvre, a decouvrir les qualites mais aussi les carences de la representation d'un navire dans l'art quant a la reproduction du mouvement d'un navire en mer, a comprendre comment simuler et rendre les grands mouvements d'un navire en mer, en abordant l'etude de l'hydrodynamique navale, et a nous poser la question de savoir si la simulation de modele, developpee a des fins scientifiques, peut s'adapter a une volonte artistique. L'art n'etant pas incompatible avec une technique maitrisee, et l'artiste sachant tirer parti du developpement des moyens techniques et de calcul, cette recherche nous demontre que les "marines" de synthese s'inscrivent bien dans une continuite artistique et que ma demarche n'est pas si eloignee de celle des peintres de la marine: l'ordinateur a simplement remplacer les pinceaux, l'image de synthese la peinture, et les modeles theoriques empruntes a l'hydrodynamique navale l'experience de la mer
The objective of this thesis is to create the first synthesis "marines", that is to say representing a ship, or any other vehicles in relation with the water, in its environment but also simulating its behavior using ship motion model. This double task fits into an artistic continuity. It is the outcome of a slow and regular evolution, that has made of the first oar ship big sailing ship, and then powerfull machines of sea, that has always attracted and renewed the artist's inspiration. This research brings us to question ourselves on the place taken by the ship through the art, the role that perform the artist and the originality of his creation, to discover the qualities but also the shortcomings of ship representation in the art for the ship motion reproduction, to understand how to simulate and render the big ship motion on the sea by studying hydrodynamic, and to ask ourselves if the simulation developped for scientific purpose can adapt to artistic volonty. Because of the art compatibility with a controlled technic, and because artist knows how to take advantage of the development of technical meaning and computing, this research shows us see that the synthesis "marines" fits into an artistical continuity and that my approach is not so far from those of the marine painters; the computer simply takes the place of the brushes, the computer graphics the painting, and the theorical model took from the hydrodynamic, the experience of the sea

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Huetz, Lionel. "Systematic study of the hydrodynamic behaviour of sailing yacht hulls using CFD and parametric design." Ecole centrale de Nantes, 2012. http://www.theses.fr/2012ECDN0020.

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Abstract:

Les performances et le comportement d’un voilier ne peuvent pas être prédits par une seule étude hydrodynamique comme pour les navires à moteur. En effet, le voilier tire sa propulsion de l’écoulement de l’air dans ses voiles ; son comportement est donc régi par l’équilibre des effets aérodynamiques et hydrodynamiques. Une prise en compte couplée de ces deux effets est indispensable pour une bonne compréhension du fonctionnement global du voilier. Une simulation complète incluant les effets hydrodynamiques sur les œuvres vives et aérodynamiques sur les œuvres mortes et les voiles est encore hors de portée des modélisations actuelles. Le recours au VPP (programme de prédiction de vitesse) reste indispensable. Ce type de logiciel tire partie d’un ensemble de résultats hydrodynamiques et aérodynamiques (issus de la simulation, d’expériences ou de lois empiriques) pour prévoir le point d’équilibre du voilier et ainsi en déduire son attitude et sa vitesse dans des conditions de vent données. Les lois empiriques utilisées aujourd’hui pour caractériser le comportement hydrodynamique des carènes de voilier sont issues de séries systématiques dont les caractéristiques sont très éloignées de celles des voiliers modernes, induisant un décalage important entre les performances prédites et les performances réelles. Après un résumé détaillé des différentes méthodes existantes pour approximer le comportement hydrodynamique des carènes de voilier, ce mémoire présente une méthodologie de génération de nouvelles formulations. Cette méthode repose sur de nouveaux résultats de simulation générés par une boucle de calcul automatique. Le fonctionnement de la boucle de calcul et de ses différents composants est d’abord décrit. Depuis la génération des formes de carènes jusqu’à leur évaluation par un logiciel de simulation numérique et le stockage des résultats dans la base de donnée. La méthode de caractérisation géométrique des carènes par calcul hydrostatique est particulièrement développée, ainsi que les outils statistiques utilisés pour construire les formulations à partir de la base de données. Un accent est mis sur le processus de sélection des variables les plus pertinentes pour expliquer les phénomènes physiques mis en jeu. Deux séries systématiques sont décrites et analysées, permettant la mise en application des outils décrits précédemment. Les variables sensibles mis en évidence sont présentées, ainsi que les formules de régression permettant l’approximation des différents efforts et positionnements dynamique des carènes en fonction de leur forme et des conditions extérieures. Ces formulations sont finalement évaluées par une étude de cas sur un monocoque de course au large de type Volvo 70, permettant d’évaluer la méthodologie présentée
Unlike most of engine powered ships, the performance of a sailing yacht cannot be predicted trough a sole hydrodynamic study. In fact, sailing yachts behaviour relies on the equilibrium between aerodynamic and hydrodynamic effects. A coupled modelling of those two elements is therefore required to characterize the yacht behaviour. A fully coupled simulation including the aerodynamic of the sails and topsides as well as the hydrodynamic of the wetted part of the hull is out of reach of current numerical tools. Velocity prediction programs remain essential. This type of program computes the equilibrium between aero and hydrodynamic forces to predict the yacht’s attitude and speed under given wind conditions. These forces are approximated using formulations, based on numerous results coming form experiments, simulations or empirical laws. The hydrodynamic models available nowadays for the design phase of the yacht are based on systematic series. Today’s hull shapes are far from the shapes used to build these series, leading to significant discrepancies between the predicted and the real performance of the yachts. After a detailed description of the existing formulations on the hydrodynamic behaviour of sailing yachts, this report presents a methodology to build new formulations. This method is based on new simulations results generated by an automated computational loop. The different tools used in the loop are described, from the generation of the hull shapes to their hydrodynamic evaluation using numerical simulation and the storage of the results in the database. A focus is made on the geometrical characterization of the hulls using hydrostatic computations. The methodology and the statistical tools used to build the formulations from the database are then described, with an emphasis on the variable selection process. Two systematic series are presented and analysed. The variables which have been selected as the most relevant to describe the physics involved are presented along with the formulations describing the forces and running attitudes of the hulls, depending on their shape and the external conditions. A benchmark of the presented formulations is finally provided. The case study of on an offshore racing monohull complying with the Volvo 70 rule is presented to evaluate the proposed methodology

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Sigrist, Jean-François. "Modélisation et simulation numérique d'un problème couplé fluide/structure non linéaire : application au dimensionnement de structures nucléaires de propulsion navale." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2088.

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Abstract:

Nous nous intéressons dans cette thèse à la modélisation et la simulation numérique d'un problème couplé fluide/structure non linéaire avec surface libre fluide. Nous définissons un cas générique d'étude pour lequel nous formulons un problème linéaire (problème aux valeurs propres du système couplé) et un problème non linéaire (problème d'évolution du système couplé, initialement au repos et soumis à une excitation dynamique). Le problème non linéaire est formulé en pression/déplacement avec les équations de la dynamique linéaire pour la structure et l'équation de Laplace pour le fluide. La résolution du problème aux valeurs propres est conduite avec une méthode de couplage fort éléments finis (structure) et éléments finis/équation intégrale (fluide). Les formulations du problème modal couplé sont écrites dans avec prise en compte ou non des modes de ballottement du fluide. Le problème aux valeurs propres ainsi obtenu est non symétrique : il est résolu avec l'algorithme de Lanczos non symétrique. Le problème non linéaire est formulé en pression-vitesse/déplacement avec les équations de la dynamique non linéaire pour la structure et les équations de Stokes pour le fluide. La résolution du problème d'évolution utilise une méthode de couplage faible. Le problème fluide est résolu avec une technique volumes finis, avec une représentation en maillage mobile, un algorithme temporel découplé en pression/vitesse et une méthode de capture d'interface pour la simulation de la surface libre. Le problème structure est résolu avec une technique éléments finis, un algorithme temporel mixte implicite/explicite. Le couplage des deux problèmes est détaillé pour les aspects de couplage en espace (gestion d'incompatibilité de maillage, projection des efforts et des déplacements, algorithme de remaillage du problème fluide) et en temps (approche explicite, gestion des oscillations numériques). Un travail de validation du code de calcul CFD utilisé pour l'étude est proposé en comparant les résultats de calcul pour deux problèmes fluides élémentaires avec les solutions analytiques correspondantes. Ce travail conduit à la définition d'un benchmark général de validation d'un code de calcul CFD. Une étude numérique est ensuite conduite et permet de mettre en évidence la physique des interactions fluide/structure sur ce cas d'étude (masse ajoutée, masse déplacée, couplage de modes, effets des non linéarités structure). Une application des techniques de calcul éléments finis/éléments finis à l'analyse modale de l'ensemble panier/cuve d'un réacteur nucléaire de propulsion navale permet de montrer l'importance des interactions fluide/structure dans le cas industriel.

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Constantinescu, Adrian. "Modélisation 2D de l’impact d’une structure sur l’eau : initiation de l’endommagement." Brest, 2006. http://www.theses.fr/2006BRES2037.

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Abstract:

Le travail réalisé au cours de cette thèse a porté sur la modélisation de impact d’un corps 2D sur une surface fluide, ainsi que l’apparition de son endommagement (au sens rupture macroscopique) associé. Une des applications visées est la modélisation des efforts de tossage (slamming) s’exerçant sur la partie avant d’un bâtiment de surface sous conditions de mer sévéres. Les contraintes et déformations fluctuantes, engendrées sur la carène du navire, peuvent provoquer une dégradation mécanique prématurée par fatigue. Les travaux principaux ont consisté à développer puis valider un outil numérique (lmpact++ ABAQUS) permettant l’étude de l’interaction fluide-structure lors du contact violent entre un corps à géométrie simple (structures 2D planes et axisymétriques à section simple [diédre et cône] ou complexe [géométrie variable de la génératrice- cylindre, sphère, paraboloïde de révolution, ellipsoïde de révolution, etc]) et une surface libre d’eau. Cette approche a pris en compte les déformations de la structure lors de la détermination de l’écoulement du fluide et réciproquement. Au final, notre outil numérique s’appuie sur le code éléments finis industriel ABAQUS et permet de calculer les états de contraintes, de déformations, les énergies et les efforts globaux pour une structure solide 2D impactant un fluide. Le second objectif de l’étude était, en vue d’un dimensionnement des coques navales, d’apporter une représentation quantitative et qualitative de l’amorçage du dommage d’une structure métallique, et plus précisément de pouvoir prédire, lors de ces impacts répétés avec l’eau, l’instant et l’endroit d’apparition de l’endommagement microscopique (au sens rupture). Nous avons choisi de représenter ces phénomènes par des conditions de perte d’unicité de la solution en vitesse (bifurcation) dans léquilibre mécanique du solide déformable
The research work in this thesis covers the modeling of the impact of a 2D body with water and the subsequent appearance of macroscopic fractures. The main application is the modeling of the slamming forces acting on the ship structure in severe sea conditions. The time-dependent stresses and strains on a ship hull can provoke a premature mechanical failure due to fatigue. The main work consists in the development and validation of a numerical tool (lmpact++ ABAQUS) simulating the fluid-structure interaction during the violent impact of a body of a simple geometry (wedge, cone, cylinder, sphere, axisymmetric parabolic body, ellipsoid, etc) on a free water surface. This approach considers the effect of the deformation of the structure on the flow and vive versa. The numerical tool is based on the commercial finite element code ASAQUS and permits to calculate thee stresses and deformations, energies and the global forces for a 2D solid structure inipacting a fluid. In view of the long-term goal of aiding structural design of ships, the second objective was to bring a quantitative and qualitative representation of the beginning of the damage of a metallic structure impacting water, namely to predict the time and location of fracture initiation due to repeated slamming impacts. These phenomena are modeled here by a bifurcation of the solution for the velocity in the mechanical equilibrium equation for the deformable body

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Nontakaew, Udomkiat. "Etude théorique et expérimentale du problème de radiation d'ondes par une plaque plane en oscillations forcées avec vitesse d'avance." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2313.

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Abstract:

Le developpement des calculs de tenue a la mer des navires demande la mise au point de codes de calculs d'ecoulements instationnaires autour de navires ou d'elements de ceux-ci. La presente etude porte essentiellement sur le developpement d'une methode de calcul de radiation d'ondes par une plaque plane oscillante avec vitesse d'avance, en derapage, percant la surface libre. Par utilisation de la troisieme formule de green, ce probleme est ramene a la resolution d'une equation integrale de fredholm de premiere espece par la methode des singularites avec fonction de green. On utilise ici la fonction de green de diffraction-radiation avec vitesse d'avance. Nous avons pour cette etude developpe une procedure d'integration adaptative afin d'avoir des temps de calcul moderes de la fonction de green. Le schema simplifie de surface portante permet de determiner les sauts de pression a travers la plaque et par consequent les efforts globaux sur celle-ci, avec des temps de calcul reduits. Les resultats obtenus sont compares a ceux d'autres methodes numeriques, en hydrodynamique et en aerodynamique, et a des resultats experimentaux obtenus en bassin des carenes. Afin de completer notre etude theorique, une approche experimentale a ete menee au ceat en tunnel hydrodynamique a grand nombre de froude. Trois types de mouvements ont ete etudies: mouvement d'embardee, de lacet et mixte

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Vonnet, Matthieu. "Modélisation dynamique et commande d'un propulseur naval." Phd thesis, Université de Nantes, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00460439.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse porte sur la modélisation dynamique et la commande en poussée des propulseurs navals. Un état de l'art de la modélisation des propulseurs électriques est d'abord présenté. Un modèle quasi-statique de propulseur est étudié et identifié expérimentalement en employant le bassin d'essais du Laboratoire IREENA. La nécessité d'un modèle dynamique d'hélice plus précis est mise en évidence. Deux approches sont alors envisagées. La première consiste à modéliser physiquement une hélice marine. Les théories des moments et la théorie des éléments de pale sont rappelées, puis la théorie dynamique du moment linéaire des hélices, développée dans un cadre rigoureux, est exposée. Un modèle dynamique d'hélice est déduit de cette dernière théorie et est étudié. La modélisation dynamique de l'hélice est ensuite envisagée par une approche fréquentielle, mieux adaptée à la commande. Des méthodes d'identification sans mesure hydrodynamique sont proposées et validées expérimentalement. La commande en poussée des propulseurs est abordée dans la dernière partie. Des méthodes de commande existantes sont brièvement étudiées et testées expérimentalement. Les tests réalisés mettent en évidence la nécessité de disposer d'une méthode de commande plus robuste vis-à-vis de la ventilation de l'hélice, qui occasionne des pertes de poussée importantes. Une nouvelle loi de commande, s'appuyant sur un observateur du couple hydrodynamique et sur le modèle dynamique de l'hélice, est finalement proposée. Des résultats expérimentaux, attestant la précision de la commande proposée, sont présentés.

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Nguyen, Manh-Hung. "Developpement d'une méthode de calcul de tenue à la mer avec effets portants par une méthode de singularité de Kelvin." Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2239.

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Abstract:

Nous avons complété le code de tenue à la mer dans le domaine fréquentiel POSEIDON, code de calcul utilisant la méthode des singularités basée sur la fonction de Green de diffraction-radiation avec vitesse d’avance, développée dans l’équipe hydrodynamique du Laboratoire d’Etudes Aérodynamiques de l’Université de Poitiers, par l’introduction des effets portants apparaissant dans les manoeuvres, les voiliers ou les dispositifs de contrôle des mouvements des bateaux. Une condition de Kutta-Joukowski pour la pression instationnaire linéarisée est appliquée pour assurer la continuité au bord de fuite de partie portante et y supprimer toute singularité. On a donc ajouté à la distribution de sources sur la surface du corps, une distribution de doublets sur le squelette du corps et sur des bandes semi infinies du sillage, supposé plan, s’étendant vers l’infini aval. Son intensité sur le sillage est reliée à celle au bord de fuite par le théorème de Kelvin, mais on a du choisir une fonction arbitraire pour la loi de distribution de doublets sur le squelette pour éviter des difficultés numériques. La condition de Kutta-Joukowsky induit, dans les équations, des intégrations spatiales de la dérivée seconde de la fonction de Green, particulièrement difficiles, sur les facettes du squelette, et sur les bandes semi infinies du sillage. Nous les avons calculé en intervertissant les intégrations spatiales et de Fourier, les premières étant calculées analytiquement à partir d’un théorème de Stokes et les secondes numériquement par une méthode de Simpson adaptative. La validation des résultats a d’abord été effectué en aérodynamique où les résultats, tant numériques qu’expérimentaux sont nombreux, avec satisfaction tant pour des grandeurs globales que locales. Nous avons ensuite validé en hydrodynamique pour des profils sous la surface libre que pour des corps perçant celle-ci avec des résultats disponibles. La comparaison est satisfaisante et nous avons vérifié que la satisfaction de la condition de Kutta-Joukowsky était précise et de plus indispensable à l’obtention des résultats cohérents en cas de présenced’effets portants. Deux applications ont été présentées. Dans la première, l’étude des mouvements instationnaires d’un canoë/kayak sous l’action des efforts des pagaies, mesurés à l’aide d’un ergomètre, a été effectuée. La seconde concerne le contrôle du mouvement d’un bateau dans la houle à l’aide d’appendices portants en mouvement forcé de tangage de même fréquence que la houle. On a montré qu’il était possible de diminuer ces mouvements par une combinaison bien choisie de l’amplitude et de la phase du mouvement

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Robert, Marie. "Modélisation numérique du comportement hydroélastique des navires sur houle non linéaire." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0047.

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Abstract:

Avec l’accroissement de la taille des navires marchands de type porte-conteneurs, les interactions entre la réponse de tenue à la mer classique et la réponse structurelle sont de plus en plus présentes. Les fréquences propres de réponse structurelle de la poutre navire se rapprochent des fréquences de houle océaniques. La modélisation des interactions houlestructure devient un enjeu clé dans les étapes de design par les architectes et de validation par les sociétés de classification. Dans ce contexte, on se propose de développer un nouvel outil d’interaction fluide-structure associant une modélisation RANSE de l’écoulement en différences finies sous ICARE-SWENSE, code développé conjointement par le LHEEA et la société HydrOcéan, et un modèle de poutre analytique, le tout dans le cadre d’une approche modale. Grâce à l’emploi d’une formulation simple pour le traitement de la structure, l’outil de couplage hydroélastique sur houle hérite des propriétés de tolérance aux grands pas de temps d’ICARE-SWENSE, tout en prenant en compte les effets hydrodynamiques non linéaires. Les résultats présentés sur des cas de barge en diffraction et en radiation suivant les modes de déformation élastique permettent de valider les premières étapes de la mise en place du couplage. Une attention particulière est portée sur les seuils d’apparition des non linéarités de l’écoulement et leur impact sur la réponse structurelle. Une première implémentation est proposée pour la résolution du modèle libre des modes élastiques. Des études paramétriques de résistance ajoutée sur houle régulière et bichromatique viennent compléter les travaux dans la perspective de futurs calculs sur houle irrégulière
The increase of large ships dimensions shifts their structural natural frequencies towards common wave frequencies, inducing more interactions between the classic seakeeping response and the structural response. Accurate modeling of wavestructure interactions becomes a key issue for architects and classification societies during the design of a ship. In this respect, a new numerical tool for fluidstructure interaction is developed, combining a finite difference RANSE description of the fluid domain with ICARE-SWENSE and an analytic beam model, within a modal approach. Thanks to the use of a simple formulation for the structure part, the tool inherits ICARE-SWENSE tolerance properties with regard to large time steps, while still taking into account hydrodynamic nonlinear effects. Results presented for a flexible barge in diffraction and radiation according to flexible modes validate the first steps of the coupling procedure. Special consideration is given to hydrodynamic non linearities threshold and their impact on the structural response. A first implementation is shown for the resolution of the equation of motion for the elastic degrees of freedom. Parametric studies on ship resistance in both regular and bichromatic waves are included as a stepping stone towards future simulations of ship hydroelasticity in irregular waves

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Ponizy, Barbara. "Calcul rapide de l'écoulement non symétrique autour de navires à l'aide de singularités de Kelvin ; application au cas des voiliers." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2300.

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Abstract:

Ce travail concerne la prediction de l'ecoulement stationnaire et non symetrique autour d'un navire. Cela consiste a calculer le potentiel des vitesses satisfaisant l'equation de laplace dans le domaine de fluide exterieur au corps et limite par la surface libre. Sur le corps le potentiel des vitesses doit satisfaire la condition de glissement. La methode utilisee se base sur les singularites de kelvin, qui satisfont la condition linearisee de surface libre de kelvin. A partir de la seconde formule de green on obtient une formulation integrale qui exprime le potentiel des vitesses de perturbation en fonction de la distribution de ce potentiel sur le corps, sur la ligne de flottaison et sur le sillage et de la fonction de green du probleme. Cette formulation est completee par une forme non lineaire de la condition de kutta-joukowski au bord de fuite. Une methode efficace d'evaluation et d'integration de cette fonction de green et de son gradient ainsi qu'une methode de resolution numerique du probleme ont ete mises aux point. La methode a ete testee dans le cas d'un ellipsoide immerge, d'une aile en incidence coupant la surface libre ainsi que dans le cas de la carene de wigley et du voilier antiope. Les tests ont demontre que cette methode peut constituer le premier outil d'evaluation des caracteristiques de l'ecoulement stationnaire autour d'un navire, mais pour evaluer avec une bonne precision la resistance de vagues un nombre tres important de facettes pour representer le corps est necessaire

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Tassin, Alan. "Modélisation tridimensionnelle d'impacts hydrodynamiques pour l'étude du tossage des bulbes d'étrave." Brest, 2010. http://www.theses.fr/2010BRES2029.

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Abstract:

L’objectif de ces travaux est de déterminer les chargements hydrodynamiques agissant lors du tossage de structures navales. La connaissance de ces chargements est par exemple importante pour le dimensionnement de bulbes d’étrave en composites abritant un sonar. Nous nous sommes orientés vers le développement d’un modèle d’impact hydrodynamique tridimensionnel basé sur la théorie de Wagner. Cette approche constitue un compromis intéressant entre précision des résultats, facilité de mise en oeuvre et temps de calcul. Dans le modèle proposé, le problème de Wagner tridimensionnel est formulé en termes de potentiel des déplacements. Une méthode numérique originale est proposée pour déterminer la ligne de contact de façon approchée. La pression est ensuite calculée en utilisant le modèle de Logvinovich modifié. L’ensemble de l’approche proposée a été appliqué à différentes formes tridimensionnelles. Ces résultats ont été comparés à des résultats d’essais d’impacts hydrodynamiques à vitesse constante réalisés à l’aide d’une machine de choc hydraulique. De plus, des résultats issus de simulations par éléments finis d’impacts hydrodynamiques ont été réalisés. L’ensemble des résultats présentés démontre les capacités prédictives de l’approche proposée ainsi que ses avantages pour une utilisation en bureau d’étude
The present work deals with the modelling of water impacts in order to determine the hydrodynamic loads occurring during bulbous bow slamming. A three-dimensional model of water impact based on the Wagner theory has been developed. Such an approach is attractive, as it is accurate for blunt bodies and requires low computational resources. A new numerical method is proposed to solve the threedimensional Wagner problem by using the displacement potential approach and the Boundary Element Method. The hydrodynamic pressure is determined with the modified Logvinovich model. The proposed approach has been used to study several three-dimensional bodies. In addition, experimental tests have been carried out by using a hydraulic shock machine and CFD investigations have been made using a Finite Element software. A very good agreement between the three approaches has been observed. Furthermore, the efficiency of the proposed approach highlights the possibility of using it as a practical tool for preliminary design or optimization

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Yang, Bo. "Numerical investigation of restricted curved waterways on ship hydrodynamics for maneuverability considerations." Electronic Thesis or Diss., Compiègne, 2023. http://www.theses.fr/2023COMP2735.

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Abstract:

Le transport par voies navigables joue aujourd'hui un rôle important grâce aux divers avantages qu'il présente par rapport aux autres modes de transport, par exemple son faible coût, sa faible pollution environnementale et sa grande capacité, etc. Cependant, les voies navigables intérieures ne sont pas seulement naturellement courbées, mais aussi étroites et peu profondes, ce qui entraîne des environnements d'écoulement et des conditions de navigation complexes. Les bateaux de navigation intérieure sont donc susceptibles d'avoir des accidents dans les voies d'eau à courbure limitée. Ces dernières années, ce mode de transport a connu des progrès significatifs avec l'arrivée de la nouvelle génération de navires (plus grands et plus puissants), ce qui rend la manœuvrabilité des navires plus difficile dans ces eaux sensibles. Pour réaliser cette étude, le modèle CFD basé sur un solveur Navier-Stokes instationnaire dans STARCCM+ est utilisé. La vérification et la validation de ce modèle sont réalisées en respectant les recommandations du CTI. Ce dernier est ensuite utilisé pour effectuer une série de simulations en testant les paramètres clés suivants : une série de paramètres environnementaux de navigation, comprenant l'angle du chenal, la largeur du fond du chenal, l'angle de pente du chenal ; une série de paramètres liés au comportement et à la géométrie du navire, contenant le rapport entre la profondeur d'eau et le tirant d'eau, la vitesse du navire, l'angle de dérive et le type de navire (longueur du navire) sur l'hydrodynamique du navire dans les chenaux courbes restreints. Les mouvements du cadre relatif sont appliqués aux domaines de calcul pour produire la force centrifuge dans les chenaux courbés. L'objectif de la présente thèse est d'abord de caractériser les variables liées à la topologie d'un canal circulaire qui ont un impact substantiel sur la manœuvrabilité d'un navire. Deuxièmement, elle permet de bien comprendre les comportements d'écoulement qui se produisent autour d'un navire dans les zones de flexion. Troisièmement, les fluctuations de la force hydrodynamique (phénomènes de coussin de berge et de succion) et la sensibilité d'un certain nombre de variables dans les zones de flexion sont étudiées. Enfin, le simulateur de navire intérieur est amélioré en ajoutant l'effet de zone de flexion pour les pilotes, de sorte que les comportements des navires dans les régions sensibles peuvent ainsi être corrigés
Inland waterway transport is now playing a significant role thanks to its various advantages over the other transportation modes, for example, low cost, low environmental pollution, and large capacity, etc. However, inland waterways are not only naturally curved but also narrow and shallow, which causes complex flow environments and navigational conditions. Inland ships are consequently susceptible to accidents in restricted curved waterways. Especially during these years, this mode of transport has seen significant progress by the arrival of the new generation of ships (larger size and more powerful), and this makes ships’ maneuverability in such sensitive waters severer. To conduct this investigation, the CFD model based on an unsteady Navier-Stokes solver in STARCCM+ is used. The verification and validation of this model are realized by respecting the ITTC recommendations. The latter is then used to perform a series of simulations by testing the following key parameters: a series of navigational environmental parameters, including channel angle, channel bottom width, channel slope angle; a set of parameters related to ship behaviors and geometry, containing water depth to draft ratio, ship speed, drift angle and ship type (ship length) on ship hydrodynamics in restricted curved fairways. Relative frame motions are applied to the computational domains to produce centrifugal force in bending fairways. The aim of the present thesis is firstly to characterize the variables connected to a circular channel's topology that have a substantial impact on a ship's maneuverability. Second, it helps to well understand the flow behaviors that occur around a ship in bending zones. Thirdly, the fluctuations in hydrodynamic force (bank cushion and suction phenomena) and the sensitivity of a number of variables in bending zones are investigated. Finally, the inland ship simulator is improved by adding the bending zone effect for pilots, so that the behaviors of ships in the sensitive regions can thus be corrected

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Vuilmet, Cyrille. "Modélisation et commande d'une torpille pour la navigation autonome." Toulon, 2006. http://www.theses.fr/2006TOUL0022.

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Abstract:

Ce travail de thèse traite de la modélisation cinématique et dynamique des véhicules sous-marins, plus particulièrement de la torpille, et de la conception d'un ensemble de lois de commande permettant la navigation autonome. Après la détermination d'un modèle dynamique théorique, et suite à l'identification des coefficients hydrodynamiques réalisée par le Bassin d'Essais des Carènes, nous obtenons un modèle fiable et exploitable en simulation, si bien qu'un simulateur spécifique est élaboré. Nous apportons ensuite une solution à la navigation autonome, en proposant une stratégie de navigation par modes de pilotage, et une stratégie de commande par découplage de la navigation, où la vitesse d'avance, la bande et les dynamiques relatives au plan de navigation horizontal et vertical sont découplées. Sur cette base, les différents modes de pilotages sont synthétisés à l'aide des techniques de commandes glissantes du premier et du second ordre, réputées robustes faces aux perturbations et méconnaissances paramétriques et structurelles du modèle. Une commande glissante du premier ordre synthétisée à partir d'un système linéarisé est proposée, mais génère une réticence sur les gouvernes (vibrations hautes fréquences). Nous proposons, afin de réduire ce phénomène de réticence, de synthétiser une commande glissante du second ordre, cette fois à partir du modèle non linéaire du véhicule, et pour l'ensemble des modes de pilotage. Une mission simplifiée, utilisant l'ensemble des modes de pilotages, est simulée et souligne la robustesse de ce type de commande en présence d'un courant marin, de variations paramétriques du modèle hydrodynamique et en présence de bruits de mesure
This thesis deals with the kinematic and dynamic modeling of underwater vehicles, in particular of the torpedo, and of the elaboration of a set of control laws for the autonomous navigation. After the determination of a theoretical dynamic model, and thanks to the hydrodynamic coefficients identification performed by the Bassin d'Essais des Carenes, we obtain a reliable model that is exploitable in simulation, so a specific simulator is elaborated. Then we find a solution to the autonomous navigation, suggesting a navigation strategy with piloting modes, and a control strategy based on the navigation decoupling, where the longitudinal velocity, the roll angle, and the horizontal and vertical dynamics are decoupled. From this base, the different piloting modes are designed with the sliding mode control techniques, which are reputed to be robust against the perturbations, and the parametric and structural uncertainties of the model. A first order sliding mode control is designed from a linear model but generates a chattering on the rudders (high frequency vibration). So we suggest limiting the chattering to design a second order sliding mode control from the nonlinear model of the vehicle, and for all piloting modes. A simplified torpedo mission, using all piloting modes is simulated, and emphasizes the robustness of this control law in presence of marine current, parametric variations of the hydrodynamic model and noise measurement

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Cieutat, Jean-Marc. "Modélisation physiquement réaliste de session de simulation d'entraînement maritime." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12771.

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Abstract:

La simulation d'entraînement maritime est une matière importante de l'enseignement maritime qui fait appel à de nombreuses disciplines scientifiques et techniques. Dans ce contexte où la contrainte de temps réel doit être satisfaite, l'ensemble des phénomènes physiques ne peut être traité ; seuls les phénomènes physiques les plus visuels liés aux éléments naturels et au comportement du navire sont alors représentés. Notre modèle de houle, basé sur une approche de simulation d'une onde de surface, permet de simuler la forme et la propagation d'un train régulier de vagues depuis la pleine mer jusqu'au bord du rivage tout en tenant compte des effets du courant et de la profondeur. Notre modèle de mer du vent, plus limitatif parce que basé sur une approche de simulation spectrale, est très représentatif des états de mer qui sont définis sur l'échelle de Beaufort allant de 0 à 12 en fonction des conditions de vent ; les hauteurs des vagues varient en fonction de la profondeur et du courant. Le choix d'une structure de données multi-grille à échelle fixe, l'affichage par niveaux de détails, l'ajout de détails apparents pour les vagues capillaires à l'aide de la technique de " bump mapping " nous permettent d'intégrer toutes les échelles, de la ride millimétrique à un golfe dans son ensemble, au sein d'un même outil interactif animé. Concernant le modèle d'éclairage, nous tirons bénéfice des facilités offertes par les cartes graphiques programmables et une amélioration du calcul temps réel de la couleur retransmise par la masse d'eau est également proposée
Maritime training simulation is an important matter of maritime teaching which requires a lot of scientific and technical skills. In this framework, where the real time constraint has to be maintained, all physical phenomena cannot be studied; the most visual physical phenomena relating to the natural elements and the ship behaviour are reproduced only. Our swell model, based on a surface wave simulation approach, permits to simulate the shape and the propagation of a regular train of waves from the open sea to the shore taking into account current and depth effects. Our wind sea model is more restricted because it is based on a spectral simulation approach, but the obtained results are very representative of the sea states that are defined on the Beaufort's scale from 0 to 12 depending on the wind conditions; waves heights vary with current and sea depth. The choice of multi-grid data structure with a fixed scale, level of details display, bump-mapping of capillary waves permit to integrate all scales, from a millimetric wave amplitude to a whole golfe, inside a unique interactive animated tool. Relating to the lighting model, we use vertex and pixel shaders and an improved real-time computation of the underwater color is also proposed

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Delacroix, Sylvain. "Caractérisation de la génération et de la propagation de bulles autour de la carène des navires scientifiques." Thesis, Brest, 2015. http://www.theses.fr/2015BRES0014/document.

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Abstract:

L'une des principales missions de l'Ifremer consiste à étudier les ressources sous-marines et les fonds marins via une flotte océanographique importante, employée à travers le globe. Pour ce faire, les navires sont équipés d'équipements acoustiques de type SONAR afin d'obtenir les informations recherchées dans la colonne d'eau. Dans certaines conditions de navigation, la houle et les mouvements du navire génèrent un entraînement d'air conséquent sous la surface. Des nuages de bulles sont ainsi formés et entraînés sous la carène par l'écoulement. L'interaction entre ces bulles et les ondes acoustiques peuvent entraîner des pertes de données, et par conséquent une diminution importante de la productivité du navire. Les outils permettant l'étude du phénomène sont actuellement limités. Les modèles numériques ne sont pas suffisamment performants, pour simuler conjointement les mécanismes d'entraînement d'air à l'étrave puis l'écoulement dysphasique autour de la carène, et les essais classiques en bassin de traction ne donnent pas entière satisfaction. Dans le cadre de cette thèse, une méthode d'essai spécifique, pour l'étude de ce phénomène, a été développée et mise en place au bassin à houle et courant de l'Ifremer. Cette méthode nécessite la synchronisation entre un générateur de houle et un générateur de mouvement (hexapode), permettant d'imposer les mouvements calculés au préalable par simulation numérique à la maquette. Cette configuration permet d'étudier indépendamment les effets de la houle et des mouvements sur la génération des bulles. L'instrumentation employée permet de filmer et de caractériser l'entraînement d'air à l'étrave de la maquette. Deux mécanismes distincts ont été observés : la génération de bulles par entraînement tourbillonnaire ou par le déferlement de la vague d'étrave. Une méthode de traitement d'image a été élaborée pour analyser ces mécanismes pour de nombreuses configurations d'essais. Une étude paramétrique a été réalisée afin de calculer la fréquence de génération de bulles en fonction de chaque paramètre d'essai. Des mesures PIV de l'écoulement permettent de corréler la dynamique des nuages de bulles et de l'écoulement. L'ensemble des résultats obtenus permet d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension et l'étude du phénomène, avec la perspective d'obtenir un outil fiable facilitant la conception des navires océanographiques
One of the main assignments of Ifremer is to study the seabed and the resources undersea, through a large oceanographic fleet used across the globe. For that purpose, ships are equipped with different kinds of SONAR (SOund Navigation And Ranging) to obtain the information sought in the water column. In some sea conditions, waves and ship motions generate significant air entrainment below the surface. Bubble clouds are then carried under the hull by the flow. The interaction between these bubbles and the acoustic waves may result in data loss, and therefore in a considerable reduction of the vessel’s productivity. The tools used to study this phenomenon are currently limited : the numerical models are not efficient enough to simulate at a time air entrainment at the bow and the two phase flow around the hull. On the other hand conventional towing tank tests are not entirely satisfactory. During this PhD research work, a specific test method to study this phenomenon has been developed and implemented at the Ifremer wave and current tank. This method requires the synchronization between a wave generator and a movement generator (hexapod) that enables to force the model motions, calculated in advance by numerical simulations. With this configuration, the effects of waves or motions characteristics on the bubbles generation can be studied independently. A complete instrumentation allowed to acquire images sequences to characterize the air entrainment at the bow of the model. Two distinct mechanisms have been observed : the generation of bubbles by vortex shedding or by the breaking bow wave. A post-processing method has been developed to analyse these mechanisms, for many test configurations. A parametric study was performed to calculate the frequency of bubbles generation for each test parameter. PIV measurements allowed to correlate the dynamic of bubbles clouds with the own flow dynamic. The overall results provide new elements for the understanding and the study of the phenomenon, with the final objective of obtaining a reliable tool that facilitates the design of research vessels

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Raulo, Jacky. "Optimisation des sections de pales d'hélice." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES022.

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Abstract:

Le processus actuel de conception numérique d'une hélice marine permet d'obtenir des formes de pale possédant une répartition de chargement donné pour une condition particulière de fonctionnement de l'hélice. Toutefois, ce processus ne permet pas de considérer plusieurs conditions de fonctionnement à la fois. Malgré une distribution optimale de pression imposée dans les conditions de conception, l'hélice peut présenter des distributions de pression comportant des pics de dépression ou des irrégularités pour les conditions réelles de son fonctionnement, sillage amont non-axisymétrique). Les pressions peuvent alors fluctuer sur les pales et entraîner l'apparition de la cavitation provoquant la chute des performances de l'hélice, l'érosion et le bruit des pales. Afin d'étendre la gamme de fonctionnement de l'hélice sans risque de cavitation tout en lui conservant ses performances, une procédure numérique intégrée au processus de conception a été imaginée, mise en place et appliquée avec succès a plusieurs hélices. Cette procédure réalise l'optimisation, à chargement constant, des sections composant les pales en les adaptant afin qu'elles soient plus tolérantes aux variations d'écoulement, c'est-à-dire qu'elles présentent de meilleures distributions de pression le long des cordes dans les conditions réelles de fonctionnement.

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Du, Peng. "Numerical modeling and prediction of ship maneuvering and hydrodynamics during inland waterway transport." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2459.

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Abstract:

Dans cette thèse, l'hydrodynamique des navires lors du transport par voies navigables et des manœuvres sont étudiées à l'aide de la CFD (Computational Fluid Dynamics) basée sur OpenFoam. Des études de validation et de vérification sont réalisées pour la convergence de maillage, la convergence de pas de temps, la sensibilité aux modèles de turbulence et les techniques de maillage dynamique. Un solveur de mouvement 6DoF basé sur quaternion est mis en œuvre pour les prédictions d'assiette et d'enfoncement. Les effets environnementaux sur plusieurs bateaux de navigation intérieure (convoi 1, convoi 2, automoteur) sont étudiés à l'aide de modèles numériques validés. Trois aspects importants sont simulés: l'effet de confinement de la voie navigable, le croissement et l'interaction bateau-pile de pont. Les conditions d’essai couvrent un large éventail, y compris les différentes dimensions du canal, la profondeur de l’eau, le tirant d'eau et la vitesse. La résistance du navire, le type de vague, l’angle de Kelvin et l’élévation de la vague à des positions spécifiques sont étudiés en fonction de ces paramètres. La manœuvre des navires est étudiée à l’aide de tests de modèles captifs virtuels basés sur le modèle MMG (Mathematical Maneuvering Group). Un disque d'actionneur est implémenté pour remplacer l'hélice réelle. Les tests d'un modèle KVLCC2 sont effectués pour obtenir les coefficients hydrodynamiques de l'hélice, du gouvernail et de la coque du navire. En utilisant les coefficients obtenus, des simulations de manœuvre sont effectuées et validées. Ces études reproduisent des tests de navires réels et prouvent ainsi la validité de nos modèles numériques. En conséquence, le solveur numérique est prometteur dans les simulations d'hydrodynamique des navires et d'ingénierie marine
In this thesis, the ship hydrodynamics during inland waterway transport and ship maneuvering are investigated using CFD (Computational Fluid Dynamics) based onOpenFoam. Validation and verification studies are carried out for the mesh convergence, time step convergence, sensitivity to turbulence models and dynamic mesh techniques. A quaternion-based 6DoF motion solver is implemented for the trim and sinkage predictions. Environmental effects on several inland vessels (convoy 1, convoy 2, tanker) are studied using the validated numerical models. Three important aspects, the confinement effect of the waterway, head-on encounter and ship-bridge pile interaction are simulated. The testing conditions cover a wide range, including various channel dimensions, water depths, ship draughts and speeds. The ship resistance, wave pattern, Kelvin angle and wave elevation at specific positions are investigated as functions of these parameters. Ship maneuvering is investigated using virtual captive model tests based on the MMG (Mathematical Maneuvering Group) model. An actuator disk is implemented to replace the real propeller. Open water test, rudder force test, OTT (Oblique Towing Tank test) and CMT (Circular Motion Test) of a KVLCC2 model are carried out to obtain the hydrodynamic coefficients of the propeller, rudder and ship hull. Using the obtained coefficients, system-based maneuvering simulations are carried out and validated using the free running test data. These studies reproduce real ship tests and thus prove the validity of our numerical models. As a result, the numerical solver is promising in ship hydrodynamics and marine engineering simulations

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Huang, Zhaoyuan. "Ship-waves modelling and their interactions with inland waterways." Electronic Thesis or Diss., Compiègne, 2022. http://www.theses.fr/2022COMP2686.

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Abstract:

Le sujet de thèse concerne la Modélisation de l’impact de la navigation fluviale sur la voie navigable par les méthodes CFD, en utilisant OpenFoam. Dans la première partie de la thèse, l’hydrodynamique des navires en milieux confinées a été étudiée. Elle consiste en la caractérisation de l’écoulement autour du navire et la génération des vagues de batillage en fonction des caractéristiques géométriques et cinématiques du bateau et également des caractéristiques géométriques du chenal de navigation. Pour cela, une étape de modélisation numérique adaptée à la navigation en milieux confinés, qui concerne le choix du type de maillage, de schéma numérique, etc.., a été élaborée. La deuxième partie est consacrée (i) tout d’abord à la validation et la comparaison des résultats numériques avec les mesures expérimentales en laboratoire du CNR (Compagnie Nationale du Rhône) (ii) ensuite à l’examen de la résistance à l’avancement du bateau suivant différentes configurations géométriques du canal de navigation (largeur, profondeur d’eau, etc.…) (iii) enfin, à la modélisation des processus du Sinkage et du Trim du bateau et à leur influence sur la résistance à l’avancement du bateau. Outre les dimensions géométriques du canal de navigation, l’enfoncement, le tirant d’eau, et la vitesse du bateau ont été également pris en compte pour étudier leur influence sur la résistance à l’avancement. La troisième partie de la thèse est consacrée à l’étude de l’influence des vagues d’étrave et des ondes de batillage générées par le déplacement des bateaux sur les berges des voies navigables et notamment sur la stabilité des blocs de protection des berges. Les blocs forment ici un milieu discret et sont considérés comme des corps rigides susceptibles d’entrer en collision les uns avec les autres et avec les berges. Ainsi, dans cette partie, un modèle de corps rigides à 6 Degrés de Liberté (6DoF), qui tient compte de la forme des blocs, a été utilisé pour (i) tenir compte des processus de contact et de collision solide-solide et solide-bords rigides et pour (ii) étudier la stabilité de la berge, en se basant sur la moyenne des mouvements des blocs
The subject of this thesis concerns the investigation of ship hydrodynamics, shipinduced wave modeling, and wave-bank interactions in restricted waterways by CFD approaches based on OpenFOAM. The first part of this thesis is focused on the study of the hydrodynamics of ships in a restricted environment. This consists of the characterization of the flow around the ship and the generation of waves according to the geometric and kinematic characteristics of the ship and also the geometric characteristics of the waterway channel. To this end, the steps of numerical modeling adapted to navigation in a confined environment, which concern the preference of meshgeneration, numerical schemes, etc., was developed. The second part is devoted (1) first to the validation and comparison of the numerical results with the experimental measurements from the laboratory of the CNR (Compagnie Nationale du Rhône) are carried out; (2) next to the examination of the ship’s forward resistance according to different geometric configurations of the waterway channel (width, water depth, slope, etc.) (3) finally, to the implementation of a six-degree-of-freedom model (6DoF) to assist in the modeling of the sinkage and trim processes of ships in restricted waterways. Meanwhile, the critical effects of ships under different speed conditions in restricted environments were also researched and analyzed. The third part of the thesis deals with the study of the influence of waves induced by ships on the banks of inland waterways and in particular on the stability of the bank protection blocks. The erosion effect caused by the impact and shear of ship-induced waves on the exposed river bank was studied. The armor protection layer on the river bank is composed of discrete blocks and these blocks are regarded as rigid bodies that can collide with each other and with the banks. Thus, in this part, a CFD-DEM solver, SediFoam, was applied to (1) take into account the solid-solid and solid-boundary of domain rigid contact and collision processes and (2) investigate the stability of the rocky layer of banks, based on the average of the movements of the blocks

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Langlais, Clothilde. "Étude de la variabilité interannuelle des échanges côte-large : simulation haute résolution de la dynamique du Golfe du Lion." Toulon, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUL0030.

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Abstract:

Le milieu côtier est une zone de transition entre continent et mer du large. Les interactions entre le courant Nord, composante de la circulation à l'échelle du bassin méditerranéen occidental, et la circulation côtière (upwelling côtier, formation d'eau dense, cascading. Panache du Rhône,. . ) revêtent d'une importance capitale pour l'étude des échanges côte-large qui sont un facteur clef (et encore peu maîtrisé) des modifications du milieu marin à l'échelle climatique. Pour cette étude, on utilise le modèle OPA. 9. 0 MEMO en configuration côtière avec une haute résolution horizontale (1,25km) et verticale (130 niveaux verticaux) sur une longue période 1990-2000. Deux problématiques sont au coeur de cette étude. Tout d'abord, l'étude en interannuel et à haute résolution du Golfe du Lion n'a jamais été effectuée et apparaît comme pertinente dans le cadre des échanges côte-large. Les sorties numériques nous permettent d'étudier la variabilité interannuelle des processus d'échanges afin de comprendre et de quantifier le bilan qui s'opère le long du talus. De plus, la mise en oeuvre et l'utilisation d'OPA sur cette zone a permis d'évaluer les possibilités et les limites du modèle en zone côtière microtidal ; ce qui est en accord avec les besoins actuels de la communauté scientifique (Mercator. Meisea, Godae) qui cherche à inclure les zones côtières dans les systèmes de prévisions
Questions of global change entail elucidation of the processes that determine the exchanges between coastal ocean and deep sea. Fluxes across, ocean shelves are dominated by complex coastal dynamics and in the microtidal site of the Gulf of Lions, mixing and dispersion are dominated by interactions between coastal processes (freshwater dynamics associated to the Rhône river discharge, coastal upwellings, dense water formation and cascading) and the North Mediterranean shelf current. To know how these processes operate and interact, a regional model of the Gulf of Lions has been integrated over the 10 year period 1990-2000. The model is based on the NEMO code, with a 1/64" resolution and 130 vertical z-levels. Two main objectives can be underlined. The numerical outputs allow us to investigate the interanmial variability of the coastal circulation and fluxes across the shelf break and then to strike a balance, of the exchanges at the Gulf of Lion's margin over a quasi-climatic period. Coastal modelling and forecasting is a major challenge for the scientific community, and this study allow us to evaluate the modelling ability of the NEMO code in a coastal and microtidal application

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Mottelet, Stéphane. "Quelques aspects théoriques et numériques du contrôle d'un bassin de carènes." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD770.

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Abstract:

Les bassins de carènes, utilisés essentiellement par l'industrie navale, permettent d'étudier, à échelle réduite, le comportement de maquettes sur des houles aussi réelles que possible. Il existe des bassins de géométries variées, par exemple rectangulaire, ou bien circulaire. Dans cette étude nous considérerons un bassin rectangulaire de type canal. La fonction d'un tel dispositif est de reproduire, à l'aide de batteurs situés aux deux extrémités du bassin, un état de surface libre correspondant à une houle progressive. Comme le bassin est nécessairement borné, la qualité de la houle générée n'est pas toujours bien maitrisée. Sans une excellente absorption de la houle incidente, des ondes réfléchies transitent dans le bassin, détruisant la progressivité de cette houle. Lorsque l'on ne dispose que d'un seul batteur, le système le plus simple consiste à placer une plage à une extrémité du bassin, qui amortit les vagues générées par un batteur situe de l'autre côté. Ce système, peu efficace, a un inconvénient de taille : il nécessite un bassin très long, de façon à disposer de suffisamment de temps pour effectuer les expériences, avant que la progressivité de la houle ne se dégrade trop. Le travail réalisé dans cette étude a consisté à développer une approche de contrôle actif de cette houle, de façon à pouvoir réduire la longueur du bassin de façon significative. L'approche retenue consiste à agir sur les deux batteurs, l'un d'eux jouant alors le rôle d'un absorbeur actif. Le travail présenté dans ce mémoire décrit l'étude théorique et numérique de ce problème. Cette étude a permis d'obtenir des résultats utilisables de façon pratique sur un bassin réel. Les quelques résultats expérimentaux présentés montrent la pertinence du modèle mathématique retenu pour le bassin : une équation aux dérivées partielles hyperbolique. Ils montrent aussi les performances de l'approche de contrôle actif.

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Debaillon, Pierre. "Système de modélisation de l'enfoncement dynamique des bateaux." Compiègne, 2005. http://www.theses.fr/2005COMP1566.

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Abstract:

L'objectif de la thèse est de présenter un outil permettant de déterminer le surenfoncement des bateaux. Il repose sur un couplage de trois modèles numériques aux éléments finis, reproduisant le processus réel du phénomène. Un modèle fournit le champ de pression, fonction de la vitesse du bateau. Un second modèle en déduit un déplacement de la carène résultant d'un bilan des forces et des moments impliqués. Le dernier modèle met à jour le maillage pour un nouveau cycle de calcul. Le système boucle tant que le modèle d'équilibre déplace la carène
The aim of the thesis is to present a tool to be able to calculate ship squat. It consists of an association of three numerical models in finite elements, reproducing the process of the phenomenon. A first model calculates the pressure field, function of the ship speed. Then a second model, with this pressure field, moves the vessel following a force and momentum result. The last model updates the mesh for a new cycle. The system is running as long as the equilibrium model moves the vessel

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Morvan, Antoine. "Impact sur le pont mouillé d’un navire SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0003.

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Abstract:

L’objectif de ces travaux de thèse de doctorat est de développer des modèles simplifiés d’impact hydrodynamique sur le pont mouillé d’un SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore. La connaissance des chargements hydrodynamiques auxquels est soumis le pont mouillé est une étape primordiale lors de la conception de l’étrave du navire. Pour réaliser cette étude nous avons choisi une géométrie bidimensionnelle parabolique symbolisant le pont mouillé et une houle d’Airy régulière pour la surface libre. Les modèles développés reposent sur le modèle de Wagner qui permet d’obtenir des résultats pertinents pour un faible temps de calcul. Deux types de modèles d’impact ont été développés. Des modèles dits asymptotiques car ils reposent sur un développement de Taylor du profil de houle et des modèles non-asymptotiques car ils conservent la forme complète de la houle. Les distributions de pression sur le profil parabolique sont majoritairement calculées au moyen du formalisme Modified Logvinovich Model (MLM). Les résultats en termes de corrections de surface mouillée, de champs de pression et d’efforts hydrodynamiques sont comparés entre les deux types de modèles en fonction du rayon de courbure de la houle. Nous déterminons aussi quel est la configuration d’impact qui engendre les chargements hydrodynamiques dimensionnants en se basant sur des configurations de référence. Pour les modèles non-asymptotiques, la contribution de l’amplitude et de la vitesse de phase de la houle au sein des efforts hydrodynamiques est analysée. Pour les modèles asymptotiques, nous avons réalisé l’étude des variations spatiales et temporelles des champs de pression calculés avec l’équation de Bernoulli linéarisée. Nous avons aussi comparée les résultats du formalisme composite (COMP) au formalisme MLM et leurs conséquences sur les efforts hydrodynamiques d’impact. Enfin, dans le but d’avoir une base de comparaison pour ces modèles d’impact sur houle d’Airy régulière, nous avons implémenté des modèles numériques d’impact au moyen du logiciel commercial ABAQUS/CAE. Ces modèles reposent sur un couplage CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) et ont montré une bonne correspondance avec les résultats des modèles non-asymptotiques en termes d’écarts relatifs. Au sein d’un bureau d’étude, l’intégralité de ces résultats peut constituer une aide au dimensionnement du pont mouillé d’un navire SWATH
The aim of this PhD thesis is to develop simplified models about hydrodynamic impact (slamming) on the wet deck of a SWATH vessel for the maintenance of offshore wind turbines. The knowledge of the hydrodynamic loadings that the wet deck is subjected is an essential step in the design of the vessel’s bow. To realise this study we chose a parabolic twodimensional geometry which symbolises the wet deck and a regular Airy wave for the moving free surface. The models developed are based on the Wagner theory which provides relevant results for a low computational time. Two types of impact models have been developed. So-called asymptotic models, because they use a Taylor expansion of the wave profil and non-asymptotic models because they retain the whole shape of the wave. The pressure distributions on the parabolic shape are mainly calculated by the Modified Logvinovich Model (MLM). The results in terms of wetted corrections, pressure fields and hydrodynamic loadings are compared between the two types of models as a function of the wave radius of curvature We also determine the hydrodynamic impact arrangement which produces the highest hydrodynamic loadings by using reference configurations. For non-asymptotic models, the contribution of wave amplitude and phase velocity within hydrodynamic loadings is analysed in details. For non-asymptotic models, we made the study of the spatial and time variations of pressure fields computed with the linearized Bernoulli equation. We also compared the results of composite theory (COMP) to MLM theory and their consequences on hydrodynamic loadings. Finally, in order to get a basis of comparison for these regular Airy wave impact models, we implemented a numerical model using ABAQUS/CAE software. This model is based on a Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) coupling and show good matching with the results of non-asymptotic models in terms of relative errors. In a design office, all those results can be used to help design of the wet deck of a SWATH vessel

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Jagite, George. "Analysis of Slamming Induced Whipping Effects over the Ultimate Strength of Ships." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0018.

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Abstract:

La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude numérique de la résistance ultime dynamique de différentes structures navales. Afin d’évaluer l’influence de l’inertie et de la vitesse de déformation, plusieurs cas de chargement sont considérés, des plus simples, de la forme d’une demie sinusoïde, aux plus réalistes, issus de vagues de design. La résistance ultime dynamique est définie comme le niveau maximal de chargement qui ne conduit pas à la ruine de la structure, et est calculée par un nouvel algorithme itératif. Enfin, la résistance ultime dynamique est comparée à la résistance ultime quasi-statique, ce qui permet de calculer des coefficients de chargements dynamiques, qui évaluent correctement l’influence de la dynamique sur la ruine. La deuxième partie de cette thèse porte sur le développement d’un nouvelle méthode pour le calcul de la réponse au fouettement, en prenant en compte le comportement élastoplastique de la structure. La structure est modélisé avec deux poutres non uniformes, reliées par une rotule non linéaire, dont le comportement est décrit par une relation entre le moment de flexion et la variation d’angle. Le problème hydrodynamique est traité par une méthode à éléments de frontière 3D. Le problème couplé hydro-élastoplastique est ensuite résolu dans le domaine temporel grâce à un logiciel de tenue à la mer. Les calculs sont réalisés sur une large gamme de navires, avec plusieurs cas de chargement réalistes. Ceci permet enfin de calculer un coefficient de résistance dynamique, par comparaison des réponses non-linéaires et linéaires
The first part of this thesis is dedicated to the numerical investigations of dynamic ultimate strength for various ship structures. In order to analyze the influence of the inertia and strain rate effects, different load functions are used, starting from the simplest ones where the loads are defined as half-sine functions, to more realistic ones where the loads are induced by equivalent design waves. The dynamic ultimate strength is defined as the maximum load level that leads to a non-collapse scenario, and it is determined through a newly developed iterative algorithm. Finally, the dynamic ultimate strength is compared with the quasi-static ultimate strength, and the dynamic load factors are derived in order to obtain a proper estimator of the dynamic collapse effect. The second part of the thesis is dedicated to the development of a new method to calculate the non-linear whipping response, where the elastoplastic structural response is considered. The hull girder is modeled as two non-uniform beams, connected with a non-linear hinge, described by the non-linear relation between the internal bending moment and the relative rotation angle. The hydrodynamic problem is solved using the 3D boundary element method. Then, the fully coupled hydro-elastoplastic problem is solved within a partly non-linear time-domain seakeeping program. The calculations are perfomed on a broad range of ships on different realistic loading scenarios Finally, the non-linear and linear whipping resposnes are compared in order to derive the dynamic ultimate capacity factors

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Grinnaert, François. "Etude et implémentation des critères de seconde génération dans un code de stabilité." Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0003/document.

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Abstract:

Les critères de stabilité à l’état intact de seconde génération sont en cours de finalisation par l’Organisation Maritime Internationale. Ils doivent compléter les critères actuels en apportant une sécurité accrue dans les vagues. Ils sont organisés en cinq modes de défaillance et trois niveaux d’évaluation dans chaque mode de défaillance. Le premier niveau est basé sur une approche déterministe simplifiée des phénomènes et assure des marges de sécurité importantes. Le second niveau requiert des calculs plus complexes basés sur des considérations hydrostatiques dans les vagues. Il est supposé assurer des marges de sécurité réduites. Le troisième niveau, actuellement en cours de développement, devrait consister en des simulations numériques du comportement du navire sur des états de mer réels réalisés par des instituts spécialisés. Les deux premiers niveaux des modes de défaillance perte pure de stabilité et roulis paramétrique ont été implémentés dans un code de stabilité. Les courbes de KGmax associées à ces critères sont calculées pour une sélection de navires civils et militaires de différents types ayant des comportements connus ou supposés différents vis-à-vis de ces modes de défaillance. Les exigences et la pertinence des critères sont analysées. La seconde vérification du critère de niveau deux en roulis paramétrique est étudiée en détail. Une méthode simplifiée de calcul de l’angle maximum de roulis paramétrique supposant un GZ linéaire est proposée et implémentée dans le critère correspondant
The second generation intact stability criteria are currently under finalization by the International Maritime Organization. They are intended to improve the current intact stability rules by adding safety in waves. They are structured in five failure modes and three levels of assessment in each failure mode. The first level is based on a simplified deterministic approach of the phenomena and ensures high safety margins. The second level requires more complex computations based on hydrostatic considerations with regard to static waves and is expected to provide reduced safety margins. The third level, currently under development, would consist of numerical simulations of the ship’s behavior in real sea states performed by specialized institutes. Level-one and level-two criteria of both pure loss of stability and parametric roll failure modes have been implemented in a stability code. The KGmax curves associated with these future criteria are computed for a selection of different ships of different types, both civilian and military, expected or known to have different behaviors with regard to the considered failure modes. The requirement and the relevance of the criteria are analyzed. The second check of parametric roll level-two criterion is thoroughly analyzed. A simplified method providing the maximum parametric roll angle assuming a linear GZ is developed and implemented in the corresponding criterion

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Caplier, Clément. "Étude expérimentale des effets de hauteur d'eau finie, de confinement latéral et de courant sur les sillages et la résistance à l'avancement des navires." Thesis, Poitiers, 2015. http://www.theses.fr/2015POIT2315/document.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude expérimentale des effets de confinement de la voie d'eau et de courant sur les sillages et la résistance à l'avancement des navires. Deux formes de carènes génériques et représentatives de navires maritimes et fluviaux ont fait l'objet de mesures dans le bassin des carènes de l'Institut Pprime dans différentes configurations bathymétriques. Des méthodes de mesure de déformée de surface libre par moyens optiques stéréoscopiques ont été mises en place pour caractériser les sillages générés. L'étendue spatiale et la résolution des mesures optiques permet de mener une analyse fine du sillage dans l'espace spectral, afin de le décomposer en une composante hydrodynamique dans le champ proche de la carène et une composante ondulatoire dans le champ lointain. Les résultats obtenus dans une configuration de voie d'eau profonde mettent en évidence la non-linéarité des sillages. Les résultats obtenus dans une configuration de voie d'eau peu profonde mettent en avant une modification de la forme des sillages et une répartition différente de l'énergie entre les différents systèmes de vagues. L'influence de la forme et de la vitesse des navires sur l'amplitude de la réponse hydrodynamique et du courant de retour est mise en avant. Des mesures en présence de contre-courant montrent une augmentation de l'amplitude des vagues du sillage et un élargissement de la zone de réflexion au niveau des parois du canal. Des mesures de forces de traînée avec un dynamomètre donnent accès aux courbes de résistance dans chaque configuration. L'augmentation de la résistance à l'avancement en eau peu profonde est mise en parallèle avec l'augmentation de l'amplitude et de la longueur d'onde des ondes transverses
This thesis presents an experimental study of the effects of the waterway confinement and the current on ships wakes and drag. Two generic hulls representative of maritime and river ships have been studied in several bathymetric configurations in the towing tank of the Institut Pprime. Optical measurement methods based on a stereovision principle have been set up to measure the free surface deformations. The spatial extent and the resolution permits to lead a fine analysis of the wakes in the spectral space in order to decompose them into a hydrodynamic component and an undulatory component, respectively in the near-field and the far-field of the ship hull. The results obtained in a deep waterway configuration highlight the non-linearity of the ship wakes, which results in a modification of the shape of the envelop of the wave field in the real space. The results obtained in a shallow waterway configuration show a modification of the shape of the ship wakes and a different distribution of the energy between the wave systems. The influence of the shape and the speed of the ships on the amplitude of the hydrodynamic response and the return current is also identified. The comparison of the measurements in the presence of a counter-current with the results in calm water show an increase of the amplitude of the waves and an enlargement of the wash zone on the walls of the canal. Drag forces measurements with a multicomponent dynamometer give access to resistance curves for each configuration. The increase of the ship resistance in shallow water is put in parallel with the increase of the amplitude and the wavelength of the transverse waves

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Ariffin, Arman. "Etude des critères de seconde génération de la stabilité du navire à l'état intact." Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0043/document.

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Abstract:

Le Sous-comité de la conception et de la construction navale de l'Organisation maritime internationale (OMI) a entrepris l'élaboration de critères de stabilité intacts de deuxième génération (SGISC). Le SGISC est une règle supplémentaire qui complète les règles actuelles.En outre, ces critères sont structurés en trois niveaux, à savoir le premier niveau, le deuxième niveau et l'évaluation directe. Les procédures d'évaluation directe pour chaque échec de stabilité sont développées avec la technologie de pointe la plus avancée disponible soit par analyse numérique, soit par travail expérimental pour une analyse quantitative. Dans cette thèse, on présente une implémentation des niveaux 1 et 2 du SGISC dans le solveur hydrostatique, une approche expérimentale pour le navire en détresse dans une tempête et des simulations RANS du même critère. En conclusion, il est possible de mettre en oeuvre les critères de stabilité du navire intact de deuxième génération dans le code de stabilité GHS ©, un code couramment utilisé par les industriels dans le domaine. Cinq navires ont été considérés pour vérifier cette mise en oeuvre. Une méthode expérimentale utilisant une grande soufflerie et une méthode de calcul CFD simplifiée ont été appliquées sur deux modèles. Dans les deux cas, les résultats montrent que l'angle de roulis maximal atteint par les deux navires étudiés est inférieur à celui donné par le calcul réglementaire. La méthode expérimentale est certainement plus proche de la réalité et le calcul CFD reste conservateur sans être aussi contraignant que la réglementation. En conclusion les méthodes expérimentale et numérique développées et utilisées dans ce travail de thèse peuvent être proposées pour l’évaluation directe du critère
The Sub-Committee of Ship Design and Construction of International Maritime Organisation (IMO) has undertaken the development of Second Generation Intact Stability Criteria (SGISC). The GISC is an additional rule that complement present rules. Five failure modes will be address in SGISC are excessive roll in dead ship condition, pure loss of stability, broaching, parametric roll, and excessive acceleration. Moreover, these criteria are structured in three levels namely, first level, second level and direct assessment. Direct assessment procedures for every stability failure are developed with the most advanced state-of-the art technology available either by numerical analysis or experimental work for quantitative analysis. In this thesis, implementations of Level 1 and Level 2 of the SGISC in the hydrostatic solver, experimental approached for dead ship condition and RANS simulation are presented.In conclusion, it was possible to implement the stability criteria of the intact second-generation vessel in the GHS © code of stability, a code commonly used by industrialists in the field. Five vessels were considered to verify this implementation. An experimental wind tunnel method and a simplified CFD calculation method were used on two different models. In both cases, the results show that the maximum roll angle reached by the two vessels studied is lower than the one given by the regulatory calculation. The experimental method is certainly closer to reality and the calculation CFD remains conservative without being as binding as the regulation.Therefore, the two approaches, numerical and experimental can be proposed to be used for Direct Assessment of the criterion

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Raymond, Jérémie. "Estimation des performances des voiliers au planing." Ecole Centrale de Nantes, 2009. http://www.theses.fr/2009ECDN0013.

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Ripoll, Jean-François. "Modélisation mathématique et numérique du couplage hydrodynamique-transfert radiatif : application aux feux." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR10504.

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Abstract:

Un feu produit de la suie qui rend le transfert radiatif non négligeable. La difficulté principale de la modélisation et de la simulation numérique du transfert radiatif à l'intérieur et à l'extérieur du feu réside dans la présence de milieux d'opacité variable. Il est alors nécessaire de prendre en compte au niveau macroscopique les forts déséquilibres radiatifs et le phénomène d'absorption. Le modèle m 1 répond à ces contraintes. Le feu est alors modélisé par le couplage de ce modèle avec les équations de Navier-Stokes compressibles hors équilibre thermodynamique local. L'étude mathématique, faite en parallèle, porte sur un système hydrodynamique-transfert radiatif simplifié issu du précèdent couplage. Le but de cette thèse est donc de participer à la modélisation mathématique et numérique d'un feu de grande taille. Quatre axes sont définis. Le premier est une modélisation simplifiée physique et numérique de l'hydrodynamique d'un feu de nappe. Dans un deuxième temps, nous nous attachons à la modélisation de l'opacité au niveau macroscopique, clef du transfert radiatif. Le troisième axe est consacré au couplage numérique des équations de l'hydrodynamique et du transfert radiatif, et plus particulièrement à l'élaboration de méthodes de splitting, dans le but d'une application future aux incendies. Enfin, une étude plus mathématique d'un modèle de flamme simple couplé à un modèle radiatif de diffusion est réalisée. Cette thèse comprend aussi une cinquième partie qui est dédiée à l'étude d'une hiérarchie de modèle diphasique.

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Politis, Konstantinos. "Développement de modèles numériques de tension superficielle pour la simulation d'écoulements avec interface à l'aide d'une formulation multi-fluides." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016ECDN0021.

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Abstract:

Les méthodes de lubrification par injection d'air sont considérées par la communauté scientifique comme la principale percée technologique à venir pour la réduction de la trainée des navires de commerce. A cette fin, il est impératif de modéliser finement les phénomènes physiques en jeu dans la lubrification par injection d'air, qui intègrent la représentation précise de la tension superficielle, des instabilités d'interface et des écoulements avec entraînement d'air. Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés au développement d'outils de programmation, de schémas de reconstruction d'interface et de modélisations de tension superficielle dans le code de calcul ISIS-CFD. Deux nouvelles méthodes de calcul de la tension superficielle sont présentées. Elles utilisent un schéma de reconstruction globale de l'interface et sont couplées avec les schémas de discrétisation compressifs de la fraction volumique utilisés dans la formulation volumes finis non structurés sur laquelle est basé le code ISIS-CFD. Les résultats démontrent que des interactions dynamiques complexes, d'une ou plusieurs interfaces, peuvent être modélisées de façon précise. Ce travail permet d'envisager la réalisation ultérieure de calcul d'écoulements sur des navires lubrifiés par injection d'air, d’améliorer la compréhension physique et de contribuer à la modélisation macroscopique de modèles d'entraînement
Air Lubrication methods are regarded by the scientific community as the next major technological breakthrough in Naval Engineering to achieve the reduction of drag in commercial vessels. The accurate modeling of the physical phenomena governing the drag reduction mechanisms of Air Lubrication methods, namely, the dynamics of surface tension, the instabilities of the air-water interfaces and air entrainment, are imperative for the design of air-lubricated hulls. To that end, we have implemented to ISIS-CFD several programming tools, interface reconstruction schemes and surface tension modeling. Two new surface tension methods were developed. Both use a global interface reconstruction scheme and are coupled with the compressive discretization volume fraction schemes for the unstructured finite volume formulation that the flow solver ISIS-CFD is based on. The results demonstrate that complicated dynamic interactions of either a single or multiple interfaces can be accurately captured. In the context of a future research study, the proposed approaches could lead to the further enhancement of the modeling capabilities of ISISCFD by introducing a macroscopic air entrainment model and eventually the assessment of different physical effects encountered in lubricated naval vessels using ISIS-CFD

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Tayachi, Manel. "Couplage de modèles de dimensions hétérogènes et application en hydrodynamique." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENM031/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur l’étude d’électrodes de silicium, matériau prometteur pour remplacer le graphite en tant que matériau actif d’électrode négative pour accumulateur Li-ion. Les mécanismes de (dé)lithiation du silicium sont d’abord étudiés, par Spectroscopie des Electrons Auger (AES). En utilisant cette technique de caractérisation de surface, qui permet d’analyser les particules individuellement dans leur environnement d’électrode, nos résultats montrent que la première lithiation du silicium s’effectue selon un mécanisme biphasé cr-Si / a-Li3,1Si tandis que les processus de (dé)lithiation suivants apparaissent complètement différents et sont du type solution solide. Ces mécanismes d’insertion / désinsertion du lithium conduisent à des variations volumiques importantes des particules de matériau actif lors du cyclage, à l’origine d’une détérioration rapide des performances électrochimiques. En combinant plusieurs techniques de caractérisation, les mécanismes de dégradation d’une électrode de silicium sont étudiés au cours du vieillissement. En utilisant en particulier la spectroscopie d’impédance électrochimique et des analyses par porosimétrie mercure, une véritable dynamique de la porosité de l’électrode est mise en évidence lors du cyclage. Un modèle de dégradation, mettant en cause principalement l’instabilité de la Solid Electrolyte Interphase (SEI) à la surface des particules de silicium, est proposé. Pour tenter de stabiliser cette couche de passivation et ainsi améliorer les performances électrochimiques des électrodes de silicium, l’influence de deux paramètres est étudiée : l’électrolyte et le « domaine de lithiation » du silicium, ce dernier paramètre étant associé à l’évolution de la composition du matériau actif lors du cyclage. A l’issue de ces travaux, des performances prometteuses sont obtenues pour des accumulateurs Li-ion comprenant une électrode de silicium
The work presented here focuses on electrodes made of silicon, a promising material to replace graphite as an anode active material for Li-ion Batteries (LIBs). The first part of the manuscript is dedicated to the study of silicon (de)lithiation mechanisms by Auger Electron Spectroscopy (AES). By using this technique of surface characterization, which allows investigating individual particles in their electrode environment, our results show that the first silicon lithiation occurs through a two-phase region mechanism cr-Si / a-Li3,1Si, whereas the following (de)lithiation steps are solid solution type process. Upon (de)alloying with lithium, silicon particles undergo huge volume variations leading to a quick capacity fading. By combining several techniques of characterization, the failure mechanisms of a silicon electrode are studied during aging. In particular, by using electrochemical impedance spectroscopy and mercury porosimetry analyses, an impressive dynamic upon cycling of the electrode porosity is shown. A model, which mainly attributes the capacity fading to the Solid Electrolyte Interphase instability at the silicon particles surface, is proposed. To try to stabilize this passivation layer and thus improve silicon electrodes electrochemical performances, the influence of two parameters is studied: the electrolyte and the “lithiation domain” of silicon; the latter is associated with the evolution of the active material composition upon cycling. Finally, by using these last results, promising performances are obtained for silicon electrode containing LIBs

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Guyot, Florent. "Etude expérimentale de la résistance ajoutée d'une maquette de navire soumise à des oscillations forcées harmoniques : étude du champ de vagues instationnaire associé." Poitiers, 1995. http://www.theses.fr/1995POIT2286.

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Abstract:

On a developpe une methode experimentale pour determiner les coefficients (masses ajoutees, amortissements) des equations du mouvement d'un navire, le developpement des codes de tenue a la mer etant tres difficile a mettre en uvre. Les resultats obtenus pourront servir de banques de donnees pour la validation de ceux-ci. Le travail presente utilise la technique de mise en oscillations forcees d'une maquette de navire (pilonnement, rotation en tangage, purs ou couples). Apres mesure de la portance, de la trainee et du moment de tangage, l'analyse spectrale permet de determiner les differents spectres et en particulier la valeur moyenne, l'amplitude et le retard de phase par rapport au mouvement, de la composante de meme frequence que l'excitation. On a, en outre, etudie le champ de vagues instationnaires autour du navire (158 points de mesure). L'influence des divers parametres (nombre de froude, frequence d'oscillation, type et amplitude du mouvement) sur les resultats est analysee. Une attention particuliere a ete portee a l'etude de l'ecoulement autour du parametre adimensionnel = #. U/g = 1/4, correspondant aux singularites des fonctions de green. Elle met en evidence la disparition des vagues en amont pour > 0,25

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Allali, Karam. "Analyse et simulation numérique des problèmes de réaction-diffusion avec hydrodynamique." Lyon 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LYO10118.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'analyse et aux simulations numériques des problèmes de réaction-diffusion avec l'hydrodynamique. Dans le chapitre 1, on étudie numériquement dans un domaine borné de IRd le problème d'évolution où le système de réaction-diffusion est couplé avec les équations de Navier-Stokes dans l'approximation de Boussinesq. Ce chapitre contient deux parties : dans la première, nous avons démontrer sous certaines conditions adéquates le résultat d'unicité de la solution du problème continu. Ensuite, nous avons établis quelques estimations d'erreurs a priori en espace sur la vitesse, pression, température et concentration. Dans la deuxième partie de ce chapitre, une discrétisation complète d'espace-temps est considérée. La stabilité du schéma est étudiée et des estimations d'erreur a priori sont obtenues à la fois pour la vitesse, pression, température et concentration. Dans le chapitre 2 on étudie le problème stationnaire. On s'intéresse à l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible régi par les équations de Navier-Stokes, lorsqu'elles sont couplées avec l'équation de la chaleur non linéaire. On démontre des résultats d'existence et d'unicité pour le problème continu, le problème discrétisé avec une méthode d'éléments finis mixtes et une intégration numérique sont considérés, puis on effectue l'analyse numérique de son approximation. On démontre des majorations d'erreurs à la fois sur la vitesse, la pression et la température. En conclusion, on propose un estimateur d'erreur a posteriori efficace. Dans le chapitre 3, on s'intéresse à l'instabilité convective des fronts de réaction. On étudie le phénomène de la polymérisation frontale dans le cas où le réactif est liquide et le produit de la réaction est solide. L'influence des vibrations sur l'instabilité convective du front est étudiée. Le modèle inclut l'équation de la chaleur, l'équation pour la concentration et les équations de Navier-Stokes considérées sous l'approximation de Boussinesq. Pour cela, nous avons utilisés une approche analytique basée sur la méthode de la zone infiniment étroite proposée originellement par Zeldovich et Franck-Kamentsky. Cette approche est justifiée par la méthode des développements asymptotiques raccordés. Les conditions de l'instabilité convective et de l'instabilité paramétrique sont déterminées. Dans le chapitre 4, on étudie la propagation des flammes en phase gazeuse avec une réaction chimique consécutive A-B-C est étudiée. Le modèle inclut l'équation de la chaleur, deux équations pour les fractions massiques, et les équations de Navier-Stokes dans l'approximation de petit nombre de Mach. Les régimes de propagation et la structure de la flamme sont étudiés comprenant les flammes convexes et les flammes de tulipe résultant de l'instabilité hydrodynamique ou de l'instabilité thermo diffusive.

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Prioux, Nicolas. "Méthodes d'analyse harmonique pour l'étude des équations de Navier-Stokes, de Boussinesq et de la Magnéto-Hydrodynamique." Marne-la-Vallée, 2007. http://www.theses.fr/2007MARN0354.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’étude de quelques équations de la dynamique des fluides, en particulier les équations de Navier-Stokes (NS), de Boussinesq et de la magnétohydrodynamique (MHD). À l’aide de méthodes d’analyse harmonique nous obtenons des résultats d’existence, d’unicité et de stabilité asymptotique de solution pour un modèle abstrait d’équations aux dérivées partielles pour des données initiales petites. Nous appliquons ensuite ces résultats aux cas des équations de Boussinesq et de la MHD. Pour NS, nous obtenons aussi un lien entre les solutions mollifiées de Leray et les solutions mild de Kato pour des données initiales dans bmo−1, ainsi qu’un comportement en 1/pt pour un certain type de solutions locales en temps. Enfin, des résultats connus pour NS sont généralisés pour la MHD (solutions de Leray-Hopf, critère de régularité de Serrin, solutions mild dans les espaces de Besov)
This thesis is devoted to the study of some partial differential equations arising in fluid dynamics, such as the Navier-Stokes (NS), Boussinesq and magneto-hydrodynamic (MHD) equations. Using harmonic analysis tools, we obtain some existence, uniqueness and asymptotic stability of solutions from an abstract model of PDE’s for small data. Then, we apply these results to the case of Boussinesq and MHD equations. For NS we also obtain a link between mollified Leray solutions and Kato mild ones with initial data in bmo−1, as well as the behavior in 1/pt for a class of local in time solutions. Finally, we generalise some well known results for NS to the MHD equations (Leray-Hopf solutions, Serrin’s regularity result, mild solutions in Besov spaces)

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Boin, Jean-Philippe. "Calcul des efforts hydrodynamiques sur un navire soumis à une houle régulière : applications d'une méthode de singularité de Kelvin." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2318.

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Frey, Jean-Michel. "Interactions hydrodynamiques entre particule et paroi en écoulement de Stokes : application à la filtration." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT049H.

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Abstract:

Les interactions hydrodynamiques entre particules en suspension et paroi interviennent dans de nombreuses situations physiques aussi bien dans le domaine environnemental que dans le secteur de l'industrie. Lors de processus de filtrations, elles conditionnent le comportement des particules à proximité du collecteur. L'objectif de ce travail est de caractériser les interactions hydrodynamiques en régime de Stokes, et d'en déduire la répartition du dépôt que constitue la première couche de particules déposéessur la paroi. Deux situations de filtrations ont été étudiées. En filtration de masse une étude numérique a permis de modéliser le transport de particules sphériques à l'échelle des pores d'un milieu poreux modèle. Les modes de capture ont été analysés à partir d'une approche lagrangienne. L'efficacité de capture du milieu et la répartition des dépôts ont été caractérisées en fonction des paramètres hydrodynamiques et géométriques des pores. Les résultats numériques ont permis d'interpréter des résultats expérimentaux obtenus sur des micro-modèles gravés dont les pores présentaient une géométrie similaire. En filtration tangentielle, l'interaction entre la paroi filtrante et des particules sphériques en suspension a été analysée. Dans un premier temps, l'influence d'une singularité de paroi sur la force hydrodynamique appliquée à une particule a été étudiée numériquement, par une méthode quasi analytique. Les résultats ont été interprétés en terme de raccordement des deux cas asymptotiques du problème. La méthode employée a été généralisée au cas d'une singularité de type pore. Dans un deuxième temps, l'étude des trajectoires de particules au-dessus d'une paroi comportant des pores périodiquement répartis a été effectuée. Á partir d'un calcul simplifié de l'écoulement, les forces hydrodynamiques qui agissent sur la particules et les trajectoires de particules associées ont été déterminées. La densité de probabilité de capture des particules sur la paroi poreuse a été calculée en fonction de la porosité, de l'inertie des particules, des effets physico-chimiques et de l'intensité du cisaillement. Finalement, 'influence mutuelle de deux sphères placées simultanément dans l'écoulement au voisinage du pore a été discutée qualitativement.

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Ghalya, Nejiba. "Interactions hydrodynamiques entre une particule solide et une paroi plane avec condition de glissement de Navier." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00767656.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude de l'écoulement autour d'une particule solide dans un écoulement de cisaillement parabolique d'un fluide visqueux pres d'une paroi plane et solide sur laquelle s'exerce une condition de glissement de Navier. Pour une particule sphérique, cet écoulement est d'abord résolu par la méthode des coordonnées bispheriques. Nous obtenons ainsi la force et le couple qui s'exercent sur la particule sphérique fixe dans cet écoulement ainsi que le stresslet, moment symétrique des contraintes. Par linéarité des équations de Stokes, le problème d'une sphère libre de se mouvoir dans un écoulement parabolique avec glissement sur la paroi est traite par combinaison des problèmes elementaires suivants: sphère fixe dans un écoulement parabolique, sphère en translation et en rotation. Nous calculons ainsi le stresslet pour une sphère qui se déplace librement dans cet écoulement avec glissement sur la paroi. Dans une deuxième partie de ce travail, nous appliquons la méthode des elements de frontière avec le tenseur de Green approprie pour résoudre le problème d'une particule solide de forme quelconque dans un écoulement parabolique d'un fluide visqueux pres d'une paroi avec glissement. Nous retrouvons nos résultats pour le cas d'une particule sphérique. Cette méthode est alors appliquée au cas d'une particule ellipsoïdale fixe de même volume que la sphère et dont l'axe est perpendiculaire a la paroi . Par comparaison des résultats pour les deux particules, nous en déduisons l'influence de la forme de la particule. Dans le dernier chapitre nous présentons de nouveaux résultats concernant les forces, couples, vitesses et stresslets pour le cas d'un ellipsoïde d'axe incline par rapport a la paroi.

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Grosset, Océane. "Identification de la pression pariétale turbulente par problème inverse vibratoire dans les domaines aéronautique et naval." Thesis, Le Mans, 2017. http://www.theses.fr/2017LEMA1036/document.

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Abstract:

L'étude des bruits aéronautique et hydroacoustique fait l'objet d'une forte demande industrielle en matière de recherche. En effet, dans le domaine des transports, l'écoulement du fluide sur la structure s'avère être une source de nuisance sonore non négligeable. La compréhension de ce type d'excitation est donc nécessaire pour minimiser leur impact. L'objectif de cette étude est d'identifier la pression pariétale turbulente excitant une structure à partir d'une méthode inverse vibratoire RI (Résolution Inverse) et de ses variantes RIFF (Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée) et RIC (Résolution Inverse Corrigée). Dans un premier temps, les méthodes sont appliquées au domaine aéronautique. L'influence de la vitesse de l'écoulement sur la partie acoustique de l'excitation et la difficulté rencontrée pour identifier la totalité de la pression responsable de la vibration de la structure sont mises en avant.Dans un second temps, une application des méthodes au domaine naval est proposée. La capacité des méthodes à isoler la composante acoustique de l'excitation est mise en avant à travers des simulations. L'influence du couplage fluide-structure est étudiée et une méthode permettant de le prendre en compte est présentée. La potentialité de la méthode RIC est confirmée à travers une campagne de mesure réalisée à la DGA Techniques Hydrodynamiques
The study of aeroacoustic and hydroacoustic noises is an important industrial research field. For example, in the transport industry, flows induced by a fluid over a structure, create a source of internal noise which cannot be neglected. To minimize its impact, it is necessary to have a good knowledge of this kind of excitation.The aim of this study is to identify the turbulent wall pressure which excites the structure, for the aeronautic and naval domains, by using an inverse vibration method, such as FAT (Force Analysis Technique) and its variations FWFAT (Filtered Windowed Force Analysis Technique) and CFAT (Corrected Force Analysis Technique).First, the methods are applied to the aeronautic domain. The influence of the flow velocity on the acoustic field and the difficulty to identify the pressure responsible for the structure vibration are pointed out.Second, an application to the naval domain is shown. The method ability to isolate the acoustic part of the excitation is introduced by using simulations. The significance of the fluid-structure coupling is studied and a method which allows taking it into account is proposed. The potentiality of CFAT method is confirmed with an experimental validation at DGA Techniques Hydrodynamiques

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Maerten, Patrick. "Schéma numérique pour la modélisation des écoulements instationnaires incompressibles : application à quelques cas d'instabilités hydrodynamiques." Lille 1, 2000. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2000/50376-2000-190.pdf.

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Abstract:

On presente un modele navier-stokes incompressible tridimensionnel reposant sur un schema precis au second ordre en temps et en espace et sur une resolution rapide de l'equation de poisson pour la pression. Ce modele a ete valide sur plusieurs cas d'instabilites hydrodynamiques classiques susceptibles d'etre presentes dans des ecoulements internes. Le premier cas est l'instabilite de couche de melange. La validation du modele repose sur la comparaison des resultats obtenus avec les resultats experimentaux de winant et browand. Une analyse spatiale et temporelle des grandes structures de l'ecoulement a permis de verifier la loi de stabilite de moore et saffman. Le second cas est l'instabilite de sillage. La validation repose sur la comparaison de nos resultats avec les resultats experimentaux de sato et kuriki. Suivant le maillage et le profil d'entree, les caracteristiques du sillage proche ou lointain ont pu etre observees. On a verifie qu'une perturbation d'entree est correctement prise en compte. Le troisieme cas est l'instabilite de dean, instabilite presente une conduite, de section rectangulaire, coudee a 180\. On a observe, au dela d'un reynolds critique, le declenchement de l'instabilite de dean : sur l'ecoulement secondaire deux structures a petites echelles viennent s'additionner aux structures initiales. Cette validation tridimensionnelle sur les ecoulements dans les conduites coudees de sections rectangulaires, a ete realisee a partir des resultats experimentaux de humphrey, taylor et whitelaw (conduite a 90\) ainsi que de hille, vehrenkamp et schulz-dubois (conduite a 180\). La simulation d'un ecoulement interne a un canal inter-aube defini par une geometrie helicoidale a permis de tester le modele sur une geometrie reelle.

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Chegroun, Nouara. "Etude numérique des actions hydrodynamiques sur une sphère en translation et rotation dans la gamme des nombres de Reynolds inferieurs à 50." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1992. http://www.theses.fr/1992INPL122N.

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Abstract:

Dans le but de déterminer les coefficients de trainée, de portance et de couple d'une sphère animée d'un mouvement de translation et de rotation simultanées, on propose une résolution numérique des équations de Navier-Stokes au moyen d'une méthode de correction de pression appliquée à un maillage non uniforme construit sur des coordonnées sphériques. L'étude est limitée au régime stationnaire, dans le domaine des nombres de Reynolds inferieurs à 50, qui sont ceux que l'on rencontre le plus fréquemment en mécanique des suspensions. Les résultats obtenus apportent des informations originales, complétant utilement les rares connaissances existantes dans cette gamme de nombres de Reynolds intermédiaires

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Vittoz, Louis. "Contributions au développement d’un solveur volumes finis sur grille cartésienne localement raffinée en vue d’application à l’hydrodynamique navale." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0020/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de répondre au besoin d’accélérer la restitution des résultats de calcul d’un code CFD pour la simulation d’écoulements hydrodynamiques quasi-incompressibles. Ce code présente l’originalité de résoudre explicitement les équations de Navier-Stokes sous l’hypothèse de faible compressibilité avec des schémas numériques d’ordre élevé. Les développements effectués visent à réduire les temps de calcul à précision équivalente.Une première partie est consacrée à l’implémentation d’une formulation purement incompressible avec une résolution implicite de la pression par un schéma de projection. La formulation incompressible autorise des pas de temps plus grand en s’affranchissant de la vitesse du son, mais au prix d’une algorithmique plus complexe et de la nécessité de résoudre un système linéaire. La comparaison des deux formulations,faiblement-compressible et incompressible, tend à montrer la pertinence du schéma de projection pour les écoulements laminaires instationnaires.Un deuxième axe de développement a consisté en la proposition d’une amélioration de la méthode de frontière immergée initialement présente dans le code.Si les résultats obtenus ne sont pas encore pleinement satisfaisants, ils montrent que la montée en ordre d’une méthode de frontière immergée peut être moins contraignante en formulation incompressible.Enfin la dernière partie traite de l’immersion rapide et robuste de géométries complexes telles qu’elles peuvent être rencontrées dans l’industrie. La localisation géométrique par arbre octal permet d’évaluer rapidement une fonction de distance signée indispensable pour la méthode de frontière immergée
An original strategy to address hydrodynamic flow was recently proposed through a high-order weakly-compressible Cartesian grid approach. The method is based on a fully-explicit temporal scheme for solving the Navier-Stokes equations. The present thesis aims to reduce the computational time required to obtain the results without deteriorating the accuracy.A first part is dedicated to the implementation of a truly incompressible formulation with an implicit solution for the pressure field through a projection scheme. The incompressible solver allows larger time step size for time integration since the speed of sound tends to infinity. In return the algorithms are no longer straight forward and a linear system has to be solved through the Pressure Poisson Equation. Comparisons carried out between both formulations show that the projection scheme can be better adapted to efficiently simulate unsteady viscous flows. Then an improvement of the immersed boundary method has been proposed. Results are not fully satisfactory for now. However, it seems easier to develop a numerical scheme for the incompressible approach rather than the weakly-compressible one.Finally, the last part addresses the setup up of complex triangulations in immersed boundary simulations. A fast and robust procedure is developed for distance computation with an octree data structure

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Boulanger, Anne-Céline. "Modélisation, simulation et assimilation de données autour d'un problème de couplage hydrodynamique-biologie." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00871141.

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Abstract:

Les sujets abordés dans cette thèse s'articulent autour de la modélisation numérique du couplage entre l'hydrodynamique et la biologie pour la culture industrielle de microalgues dans des raceways. Ceci est fait au moyen d'un modèle multicouches qui disrétise verticalement les équations de Navier-Stokes hydrostatiques couplé avec un modèle de Droop photosensible pour représenter la croissance des algues, notamment la production de carbone. D'un point de vue numérique, une méthode volumes finis avec schémas cinétiques est appliquée. Elle permet d'obtenir un schéma équilibre qui préserve la positivité de la hauteur d'eau et des quantités biologiques et qui satisfait une inégalité d'énergie. Des simulations sont effectuées en 2D et en 3D, au moyen d'un code C++ développé à cet effet. Du point de vue de l'intérêt pratique de ce travail, ces simulations ont permis de mettre en évidence l'utilité de la roue à aube présente dans les raceways, mais aussi d'exhiber les trajectoires lagrangiennes réalisées par les microalgues, qui permettent de connaitre l'historique lumineux des algues, information d'une grande importance pour les biologistes car elle leur permet d'adapter leurs modèles de croissance phytoplanctoniques à ce contexte très particulier et non naturel. Afin de valider les modèles et les stratégies numériques employées, deux pistes on été explorées. La première consiste à proposer des solutions analytiques pour les équations d'Euler à surface libre, ainsi qu'un modèle biologique spécifique permettant un couplage analytique. La deuxième consiste à faire de l'assimilation de données. Afin de tirer partie de la description cinétique des lois de conservation hyperboliques, une méthode innovante basée sur la construction d'un observateur de Luenberger au niveau cinétique est développée. Elle permet d'obtenir un cadre théorique intéressant pour les lois de conservation scalaires, pour lesquelles on étudie les cas d'observations complètes, partielles en temps, en espace, et bruitées. Pour les systèmes, on se concentre particulièrement sur le système de Saint-Venant, système hyperbolique non linéaire et un observateur basé sur l'observation des hauteurs d'eau uniquement est construit. Des simulations numériques dans les cas scalaires et systèmes, en 1D et 2D sont effectuées et valident l'efficacité de la méthode.

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Dissertations / Theses on the topic 'Hydrodynamique des navires'

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