Dissertations / Theses: 'Modèles de turbulence anisotropes'

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Gnanga, Honoré. "Analyse numérique d'écoulements turbulents anisotropes à l'aide de modèles non-linéaires de turbulence." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10057/document.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est la prédiction numérique d'écoulements turbulents tridimensionnels de fluide newtonien et incompressible à l'aide des modèles non-linéaires de turbulence. Les modèles de turbulence explicites à contraintes algébriques non -linéaires, qui peuvent prendre en compte l'anisotropie de la turbulence avec moins de temps de calculs et moins de place mémoire de stockage que les modèles RSM ou les approches DNS et LES, sont adoptés. Parmi ces modèles, ceux proposés par Shih et al. (1995) et Craft et al. (1996) ont été choisis. Ces deux modèles EASM sont étudiés en utilisant des procédures a priori et a posteriori. L'étude est menée dans une conduite à section carrée, configuration qui présente d'une part, une anisotropie importante entre les composantes du tenseur de Reynolds et d'autre part, un écoulement secondaire. Pour prédire les effets visqueux importants dus à la présence des parois, des fonctions correctrices sont façonnées. La production des cartes des second et troisième invariant dans le plan de Lumley montre les différents états possible de la turbulence et une bonne prédiction de l' anisotropie. La comparaison des grandeurs moyennes et statistiques de l'écoulement prédites avec les données numériques et expérimentales présentes dans la littérature montre une bonne performance de ces modèles. En particulier, les vecteurs du flux secondaire et la vorticité longitudinale sont bien prédits
The aim of this work is to predict numerically the three - dimensional turbulent flows of a Newtonian and incompressible fluid using nonlinear stress - strain models. The Explicit Algebraic Stress Models (EASM), which can take into account the anisotropy of turbulence with less CPU time and computer memory than RSM or approach DNS and LES, are adopted as a turbulence model. Among these models, we choosed Shih et al. (1995) and Craft et a1.(1996) models. These models are studied using a priori and a posteriori investigations. The study is carried out in square duct. This configuration presents a secondary flow and a significant anisotropy between the Reynolds stress components. To predict the significant viscous effects due to the wall and the corner, the damping functions are implemented. The maps of the second and third invariants in the plan of Lumley exhibited show the various states of turbulence and a good anisotropy level obtained. The mean flow field and the turbulent statistics are compared with existing numerical and experimental data for square and rectangular duct flow. The model performance is shown to be satisfactory. ln particular, the mean secondary velocity vectors and stream wise vorticity are well predicted

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Campana, Lorenzo. "Modélisation stochastique de particules non sphériques en turbulence." Thesis, Université Côte d'Azur, 2022. http://www.theses.fr/2022COAZ4019.

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Abstract:

Le mouvement de petites particules non-sphériques en suspension dans un écoulement turbulent a lieu dans une grande variété d’applications naturelles et industrielles. Par exemple, ces phénomènes impactent la dynamique des aérosols dans l’atmosphère et dans les voies respiratoires, le mouvement des globules rouges dans le sang, la dynamique du plancton dans l’océan, la glace dans les nuages ou bien la combustion. Les particules anisotropes réagissent aux écoulements turbulents de manière complexe. Leur dynamique dépend ainsi d’un large éventail de para- mètres (forme, inertie, cisaillement du fluide). Les particules sans inertie, dont la taille est inférieure à la longueur de Kolmogorov, suivent le mouvement du fluide avec une orientation généralement gouvernée par le gradient local de vitesse turbulente. Cette thèse est axée sur la dynamique de tels objets en turbulence en ayant recours à des méthodes Lagrangienes stochastiques. Le développement d’un modèle qui peut être utilisé comme outil prédictif dans le cadre de la dynamique de fluides numérique (CFD) au niveau industriel est d’un grand intérêt pour les applications concrètes en ingénierie. Par ailleurs, pour progresser dans le domaine de la médecine, de l’environnement et des procédés industriels, il est nécessaire que ces modèles atteignent un compromis acceptable entre simplicité et précision. La formulation d’un modèle stochastique pour l’orientation de telles particules est tout d’abord présentée dans le cadre d’un écoulement turbulent bidimensionnel avec un cisaillement homogène. Des simulations numériques directes (DNS) sont produites pour guider et évaluer la proposition de modèle. Les questions abordés dans ce travail portent sur la représentation de formes analytiques du modèle, sur les effets des anisotropies inclues dans le modèle, et sur l’extension de la notion de dynamique rotationnelle dans le cadre de cette approche stochastique. Les résultats obtenus avec le modèle, comparés avec la DNS, produisent une réponse qualitative acceptable, même si ce modèle diffusif n’est pas conçu pour reproduire les caractéristiques non-gaussiennes des expériences numériques (DNS). L’extension au cas tridimensionnel du modèle d’orientation pose le problème de son implé- mentation numérique efficace. Dans ce travail, un schéma numérique capable de simuler la dynamique d’orientation de telles particules, à un coût de calcul raisonnable, est introduit. La convergence de ce schéma est également analysée. Pour ce faire, un schéma fondé sur la décomposition de la dynamique a été développé pour résoudre les équations différen- tielles stochastiques (EDS) de rotation de ces particules. Cette décomposition permet de surmonter les problèmes d’instabilité typiques de la méthode Euler–Maruyama; on a ainsi obtenu une convergence en norme L2 d’ordre 1/2 et une convergence faible d’ordre 1, comme classiquement attendu. Enfin, le schéma numérique a été implémenté dans un code CFD industriel (Code_Saturne). Ce modèle a ensuite été utilisé pour étudier l’orientation et la rotation de particules anisotropes sans inertie dans le cas d’un écoulement turbulent inhomogène, à savoir un écoulement de canal plan turbulent. Cette application dans un cas pratique a permis de mettre en evidence deux difficultés liées au modèle : d’abord, l’implémentation numérique dans un code industriel, ensuite la capacité du modèle à reproduire les expériences numériques obtenues par DNS. Ainsi, le modèle stochastique Lagrangien pour l’orientation de sphéroïdes implémenté dans Code_Saturne permet de reproduire, avec certaines limites, les statistiques d’orientation et de rotation de sphéroïdes mesurées dans la DNS
The motion of small non- spherical particles suspended in a turbulent flow is relevant for a large variety of natural and industrial applications such as aerosol dynamics in respiration, red blood cells motion, plankton dynamics, ice in clouds, combustion, to name a few. Anisotropic particles react on turbulent flows in complex ways, which depend on a wide range of parameters (shape, inertia, fluid shear). Inertia-free particles, with size smaller than the Kolmogorov length, follow the fluid motion with an orientation generally defined by the local turbulent velocity gradient. Therefore, this thesis is focused on the dynamics of these objects in turbulence exploiting stochastic Lagrangian methods. The development of a model that can be used as predictive tool in industrial computational fluid dynamics (CFD) is highly valuable for practical applications in engineering. Models that reach an acceptable compromise between simplicity and accuracy are needed for progressing in the field of medical, environmental and industrial processes. The formulation of a stochastic orientation model is studied in two-dimensional turbulent flow with homogeneous shear, where results are compared with direct numerical simulations (DNS). Finding analytical results, scrutinising the effect of the anisotropies when they are included in the model, and extending the notion of rotational dynamics in the stochastic framework, are subjects addressed in our work. Analytical results give a reasonable qualitative response, even if the diffusion model is not designed to reproduce the non-Gaussian features of the DNS experiments. The extension to the three-dimensional case showed that the implementation of efficient numerical schemes in 3D models is far from straightforward. The introduction of a numerical scheme with the capability to preserve the dynamics at reasonable computational costs has been devised and the convergence analysed. A scheme of splitting decomposition of the stochastic differential equations (SDE) has been developed to overcome the typical instability problems of the Euler–Maruyama method, obtaining a mean-square convergence of order 1/2 and a weakly convergence of order 1, as expected. Finally, model and numerical scheme have been implemented in an industrial CFD code (Code_Saturne) and used to study the orientational and rotational behaviour of anisotropic inertia-free particles in an applicative prototype of inhomogeneous turbulence, i.e. a turbulent channel flow. This real application has faced two issues of the modelling: the numerical implementation in an industrial code, and whether and to which extent the model is able to reproduce the DNS experiments. The stochastic Lagrangian model for the orientation in the CFD code reproduces with some limits the orientation and rotation statistics of the DNS. The results of this study allows to predict the orientation and rotation of aspherical particles, giving new insight into the prediction of large scale motions both, in two-dimensional space, of interest for geophysical flows, and in three-dimensional industrial applications

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El, Amraoui Rachid. "Etude de modèles de turbulence pour application aux écoulements à masse volumique variable avec et sans combustion." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES029.

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Abstract:

Dans ce mémoire, nous avons testé les performances et évalué la capacité des modèles classiques de turbulence pour prédire les écoulements turbulents à masse volumique constante et variable soit par mélange de gaz de masses molaires différentes soit par dégagement de chaleur (combustion). Ainsi, les modèles k-epsilon et ASM formulés en moyenne de Favre (moyenne pondérée par la masse) sont mis en oeuvre et implantés dans un code de combustion turbulente. 3 types d'écoulement ont été choisis pour la validation de ces 2 modèles. Les résultats du calcul de l'écoulement d'air isotherme derrière la marche descendante de Kim (1978) montrent d'une part que le modèle ASM améliore le calcul des niveaux d'énergie cinétique de turbulence et d'autre part que seule une modification de l'équation de l'énergie cinétique serait susceptible d'améliorer la position du point de récollement prédite par les 2 modèles k-epsilon et ASM. Concernant les effets de variation de masse volumique en situation isotherme les calculs ont été menés par le modèle k-epsilon pour 2 jets. Le premier est léger et le second est lourd par rapport à l'écoulement d'air extérieur. Les résultats du champ dynamique (moyenne et fluctuations) sont satisfaisants. Les fluctuations du scalaire inerte sont correctement prédites dans le cas du jet léger et moins bien prédites pour le jet lourd. Dans la 3ème partie nous avons calculé la flamme de diffusion de Takagi et al (1981). Les tensions de Reynolds sont surestimées par le modèle k-epsilon. L'amélioration apportée par le modèle ASM est significative. Nous avons établi que: 1) le modèle ASM prédit l'effet d'anisotropie du à la combustion et; 2) aucun des deux modèles ne permet de reproduire l'effet de relaminarisation ni celui de l'expansion des échelles intégrales de turbulence due au dégagement de chaleur

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Aupoix, Bertrand. "Application de modèles dans l'espace spectral à d'autres niveaux de fermeture en turbulence homogène." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO10044.

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Abstract:

Les fermetures en deux points, telles que la fermeture edqnm, permettent d'evaluer les transferts energetiques entre modes de turbulence; elles constituent un outil approprie pour la construction de modeles de sous-maille dans les simulations des grandes echelles. En turbulence homogene isotrope, nous avons d'abord propose de coupler une simulation des grandes echelles avec un calcul du spectre d'energie des petites echelles. Un modele simplifie, base sur le concept de transfert non local, a ensuite ete derive. Les modeles classiques sont ainsi retrouves, voire ameliores. Cette approche a ensuite ete etendue au cas d'une turbulence isotrope soumise a une rotation en bloc, pour tester un modele edqnm prenant en compte le blocage des transferts d'energie par la rotation. L'emploi de la formulation non locale a enfin ete valide dans le cas de la turbulence homogene anisotrope pour mettre en evidence le phenomene de retour d'anisotropie des petites echelles vers les grandes echelles. L'approche spectrale permet aussi d'ameliorer les fermetures en un point. De nombreuses simulations avec le modele edqnm nous ont conduit a une correction de l'equation pour le taux de dissipation prenant en compte la rotation. Les methodes integrales spectrales, basees sur des formes de spectre simplifiees, nous ont permis d'ameliorer l'equation de transport pour le taux de dissipation en faisant apparaitre de nouveaux temps caracteristiques et de mettre en evidence le role de differents phenomenes dans les modeles multi-echelles

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Bentaleb, Yacine. "Modélisation et simulation numérique de la turbulence par des approches statistiques bas-Reynolds et hybride Rans/Les." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3028.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le contexte de la modélisation et de la simulation numérique des écoulements turbulents à grand nombre de Reynolds, avec intégration des équations jusqu'à la paroi. L'objectif principal est de reconsidérer les approches existantes de la turbulence, en s'appuyant sur des outils numériques récents, afin d'obtenir des résultats plus précis sur des maillages non-structurés, notamment en proche paroi. Dans la perspective d'une hybridation avec l'approche LES, nous étudions tout d'abord les performances d'un modèle k-ε bas-Reynolds linéaire. Nous le comparons ensuite à une extension non-linéaire cubique qui permet de tenir compte de l'effet d'anisotropie. Le solveur Navier-Stokes compressible utilise une approche mixte éléments/volumes finis instationnaire implicite. Dans deux cas d'écoulements stationnaires nous obtenons des résultats satisfaisants avec le modèle linéaire, alors que l'extension non-linéaire montre une forte sensibilité au paramètre de viscosité turbulente Cµ. Dans le cas instationnaire, le modèle non-linéaire s'est montré bien plus performant. Nous proposons ensuite une combinaison originale entre les approches de type RANS et LES. L'idée de base consiste à résoudre le champ moyen par les équations de type RANS, puis à le corriger en ajoutant les fluctuations résolues par l'approche VMS (Variational Multi-Scale) de la LES. Le terme de correction est amorti par une fonction d'hybridation continue à travers le domaine de calcul. Le modèle obtenu est appliqué à l'écoulement 3D autour d'un cylindre circulaire à séparation turbulente. Nous analysons les différentes régions de l'écoulement ainsi que sa topologie
The work presented in this thesis concerns the turbulence modelling and numerical prediction of high Reynolds number flows by performing the integration of the governing equations up to the wall. The main objective is to reconsider existing turbulence models, using recent numerical tools, in order to obtain more accurate results on unstructured meshes, particularly in the near-wall region. In the perspective of hybridisation with a LES approach, we study first a linear low-Reynolds k-ε model. Then, we compare it with a cubic eddy-viscosity model, which allows accounting for anisotropy effect. The compressible Navier-Stokes solver uses an implicit unsteady mixed finite element/volume method. In two steady flow cases (turbulent channel and backward-facing step flows), we obtain satisfactory results with the linear model, whereas the nonlinear extension shows a substantial sensitivity to the eddy-viscosity parameter Cµ. In the unsteady flow (circular cylinder), the nonlinear model shows higher performances. Next, we propose a novel combination of RANS and LES approaches. The basic idea is to solve the averaged flow field by the RANS equations, and to correct it by adding the remaining resolved fluctuations with VMS (Variational Multi-Scale) approach of LES. The correction term is damped by a smooth blending function across the computational domain. The obtained model is applied to a three-dimensional flow past a circular cylinder with turbulent separation. We analyse the different flow regions and the flow topology. The statistics computed from numerical simulations are consistent with the experimental data and the hybrid approach of DES-type

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Alam, Boulos. "Modélisation numérique de la turbulence et de la dispersion atmosphérique par faibles vents en milieu urbain." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. https://www.biblio.univ-evry.fr/theses/2023/interne/2023UPAST179.pdf.

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Abstract:

Cette thèse se situe dans le contexte de la modélisation de la dispersion atmosphérique, en particulier en présence de vents faibles. Les sources de pollution atmosphérique, souvent situées près du sol et influencées par des obstacles complexes, engendrent des concentrations élevées de polluants à proximité, ce qui se traduit par des fluctuations significatives de ces concentrations. Les vents faibles, généralement associés à des conditions atmosphériques stables, posent un défi particulier en matière de modélisation de la dispersion des polluants, nécessitant une analyse approfondie des donnéesmétéorologiques et une adaptation des modèles de prédiction. Afin de relever ce défi complexe, l'utilisation de la Dynamique des Fluides Numérique (CFD) est incontournable, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider son efficacité dans le champ proche des sources et en présence de vents faibles. Le logiciel Code_Saturne® (EDF R&D) est sélectionné en raison de sonefficacité avérée dans la simulation de la dispersion de polluants atmosphériques. Cette thèse se décompose en trois phases distinctes : la première phase se concentre sur les fondements de la dispersion atmosphérique, en explorant l'impact de différents paramètres tels que la structure de la couche limite atmosphérique, la turbulence atmosphérique et la stabilité de l'atmosphère. Ces éléments jouent un rôle crucial dans la manière dont les polluants se dispersent dans l'air. La deuxièmephase détaille la méthodologie utilisée dans Code_Saturne pour effectuer les simulations, notamment les modèles de turbulence utilisés et les critères d'évaluation de ces modèles. En plus des modèles isotropes classiques, cette recherche se penche sur l'utilisation de modèles de turbulence anisotropes pour étudier la dispersion dans divers contextes. La troisième phase de la thèse se concentre sur l'évaluation de différents modèles de turbulence et de corrélations vitesse-scalaire à l'aide d'observations effectuées en milieu urbain dans des conditions atmosphériques neutres et stables.Enfin, la dernière phase de la recherche explore les conditions de vent faible et stable, caractérisées généralement par des vitesses de vent inférieures à 2 m/s et des variations aléatoires du vent. Cette phase examine les méandres dans la dispersion des polluants et évalue les limites des modèles analytiques et CFD pour prédire la concentration dans de telles condi- tions. À cet effet, un modèle URANS est développé et évalué. Enfin, une méthode gaussienne segmentée est élaborée pour comparer les résultats aux prédictions CFD et aux observations sur le terrain
This thesis is situated in the context of atmospheric dispersion modeling, particularly in the presence of low winds. Atmospheric pollution sources, often located near the ground and influenced by complex obstacles, generate high concentrations of pollutants nearby, resulting in significant concentration fluctuations. Low winds, typically associated with stable atmospheric conditions, pose a specific challenge in modeling pollutant dispersion, requiring a thorough analysis of meteorological data and adaptation of prediction models. To address this complex challenge, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) is necessary, although further research is needed to validate its effectiveness in the near-field and in the presence of low winds. The Code_Saturne® software (EDF R&D) is selected due to its proven efficiency in simulating atmospheric pollutant dispersion. This thesis is divided into three distinct phases : the first phase focuses on the fundamentals of atmospheric dispersion, exploring the impact of various parameters such as the atmospheric boundary layer structure, atmospheric turbulence, and atmospheric stability. These elements play a crucial role in how pollutants disperse in the air. The second phase details the methodology used in Code_Saturne for conducting simulations, including the turbulence models employed and the criteria for evaluating these models. In addition to traditional isotropic models, this research investigates the use of anisotropic turbulence models to study dispersion in various contexts. The third phase of the thesis concentrates on the evaluation of different turbulence models and velocity-scalar correlations using observations conducted in urban environments under neutral and stable atmospheric conditions. Finally, the last phase of the research explores conditions of low and stable winds, typically characterized by wind speeds below 2 m/s and random wind variations. This phase examines the meandering patterns in pollutant dispersion and assesses the limitations of analytical and CFD models in predicting concentration in such conditions. To this end, a URANS model is developed and evaluated. Ultimately, a segmented Gaussian method is devised to compare the results with CFD predictions and field observations

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Loyau, Hugues. "Etude numérique et modélisation algébrique des phénomènes d'anisotropie en turbulence statistique." Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES067.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude et la modélisation en turbulence anisotrope. L'étude se divise en deux parties concernant respectivement le développement théorique de modèles algébriques anisotropes, ainsi que la mise en œuvre de ces modèles dans le cas d'écoulements cisaillés simples. Le premier chapitre définit le cadre de l'étude en présentant une revue bibliographique des modélisations concernées. Le second chapitre rappelle les équations de base utilisées pour la résolution numérique, ce qui comprend : les équations moyennes turbulentes de Navier-Stokes, ainsi que les équations de transport du modèle k-epsilon. Le chapitre 3, attaché à la modélisation des phénomènes d'anisotropie, présente, à partir de leur hypothèse de base des modélisations représentatives des efforts effectués dans ce domaine ; le but poursuivi n'étant pas une compilation exhaustive de tous ces modèles, mais plutôt une réduction de l'ensemble à quelques formulations significatives. Dans la continuité de cette étude, le chapitre 4 porte sur le développement d'un nouveau modèle algébrique qui fait l'objet d'une formulation détaillée, abordant de nombreux points relatifs à ce type de fermeture. Dans le chapitre 5, une classification des modèles étudiés est alors entreprise. Le chapitre 6 traite plus particulièrement de la méthode numérique prédicteur correcteur, volumes finis, de Maccormack qui a été utilisée. Le septième chapitre regroupe l'analyse et l'exploitation des résultats numériques. Le dernier chapitre présente les conclusions et les perspectives.

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Chang, Ze Zhou. "Etude de collisions interparticulaires en écoulement turbulent isotrope ou anisotrope par une approche lagrangienne à plusieurs trajectoires simultanées." Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES008.

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Abstract:

Une étude des interactions particule/particule est présentée suivant une simulation lagrangienne de plusieurs trajectoires simultanées et la simulation réelle des collisions entre les particules dans un écoulement turbulent donne. Un cas test en turbulence homogène isotrope, sans gravite, a ensuite été étudié et comparé à une simulation directe LES. On montre l'importance de conserver la corrélation V#PU#F globalement constante par une modification de la vitesse des particules fluides lors d'une collision. Cette modification a permis d'observer que pour un nuage distribué aléatoirement dans une turbulence isotrope ou aucune direction n'est privilégiée, les résultats ne montrent pas de variations sensibles des fluctuations de vitesses sous l'effet des collisions, mais la dispersion des particules est réduite. Un second cas test a été étudié suivant la même démarche, à savoir une turbulence de cisaillement donnée par des résultats les, afin de déterminer l'influence des collisions sur l'anisotropie du mouvement fluctuant des particules. Les résultats entre les différentes approches sont tout à fait similaires et montrent un retour vers l'isotropie des fluctuations de vitesses des particules. Enfin le couplage entre la phase dispersée et la turbulence est étudiée dans le cas d'un écoulement de tuyau. Les résultats sont en accord avec des résultats expérimentaux et montrent la diminution de l'anisotropie des deux phases sous l'effet des collisions.

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Yahyaoui, Omar El. "Évaluation de modèles non-linéaires de turbulence à partir de simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes." Lille 1, 2003. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/b805d85e-4438-419e-b3c7-3b4549924063.

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Dans ce travail, l'aptitude des modèles non-linéaires de turbulence à prédire des écoulements turbulents tridimensionnels avec et sans rotation d'un fluide newtonien et incompressible à été étudiée. Parmi ces modèles, nous avons considéré principalement deux modèles EASM récemment proposés dans la littérature. Le premier est le modèle proposé par Wallin et Johansson (2000) et le second est celui proposé par Gatski et Rumsey (2001). Ces modèles sont étudiés en utilisant des procédures a priori basées sur des données issues de la simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes. L'étude est menée dans une conduite à section carrée, configuration qui présente d'une part, une anisotropie importante entre les composantes du tenseur de Reynolds et d'autre part, un écoulement secondaire. L'hypothèse d'équilibre du tenseur d'anisotropie utilisée pour le développement des modèles ASM est vérifiée. L'analyse est réalisée en produisant les cartes des second et troisième invariants dans le plan de Lumley. Pour prédire les effets visqueux importants dus à la présence de la paroi et du coin, une fonction correctrice est mise en oeuvre. Aussi, comme on s'intéresse à l'objectivité de ces modèles, les vecteurs propres du tenseur taux de déformation moyen ainsi que leurs vitesses angulaires sont calculés. Ces quantités sont nécessaires pour déterminer le tenseur taux de rotation absolu. En fin, afin d'étudier l'influence de la rotation sur ces modèles, une conduite de section carrée en rotation est considérée. Cette étude est réalisée pour trois nombres de rotation. La production des cartes des tensions de Reynolds montre la capacité de ces modèles à prédire de tels écoulements.

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Belme, Anca. "Aérodynamique instationnaire et méthode adjointe." Nice, 2011. http://www.theses.fr/2011NICE4071.

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Abstract:

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

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Oceni, Abdou Gafari. "Modélisation algébrique explicite à pondération elliptique pour les écoulements turbulents en présence de paroi." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00413841.

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Abstract:

L'une des difficultés rencontrées dans les écoulements turbulents provient du fait que les statistiques dépendent très fortement de ce qui se passe à proximité des parois. La présence de ces derniers est pour la plupart du temps prise en compte par l'introduction de fonctions d'amortissement dans les équations des modèles. Cette approche particularise d'avantage les modèles et aussi ne favorise pas leur universalité. Le but de cette thèse est de développer des modèles Algébriques Explicites prenant en compte les effets de paroi par l'approche de la pondération elliptique développée par Manceau et Hanjalic, puis de procéder à la validation de ces modèles dans différentes configurations d'écoulements. La méthodologie de la modélisation algébrique explicite consiste à projeter l'équation du tenseur d'anisotropie sur une base convenablement choisie. La théorie des bases d'intégrité permet de déterminer le nombre de tenseurs devant constituer cette base afin d'éviter toute singularité dans les modèles. Dans cette circonstance de nombreux de modèles peuvent alors être développés. La prise en compte de la pondération elliptique à fait apparaître un tenseur supplémentaire M dans les équations en dehors des tenseurs S et W classiquement utilisés. Ce qui d'un côté rend plus complexe le cadre théorique, mais d'un autre côté offre de nombreuses possibilités de modèles approchés utilisables en pratique. Les modèles linéaire et non linéaire développés et testés pour une large gamme de Reynolds en canal, en écoulement de Couette-Poiseuille et en écoulement de couche limite sans cisaillement ont montrés leur capacité à reproduire convenablement l'anisotropie en proche paroi. La limite à deux composantes de la turbulence est préservée. L'extension de ces modèles en 3D a permis de montrer qu'il est possible de représenter correctement l'anisotropie dans un cas 3D en utilisant une base tronquée à trois tenseurs, à condition toutefois de prendre en compte l'intégralité des invariants apparaissant en 3D.

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Laage, de Meux Benoît de. "Modélisation des écoulements turbulents en rotation et en présence de transferts thermiques par approche hybride RANS/LES zonale." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2012. https://theses.hal.science/docs/00/74/35/42/PDF/these_de_Laage.pdf.

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Abstract:

La simulation numérique d'écoulements turbulents dans les systèmes de refroi- dissement de joints de pompes hydrauliques demande à considérer des domaines de calcul très étendus et des temps d'intégration très longs. La modélisation hybride RANS/LES zo- nale pourrait permettre de reproduire, dans un temps de calcul acceptable industriellement, l'ensemble des phénomènes thermiques et dynamiques en présence. L'approche consiste à faire interagir une simulation des grandes échelles (LES), représentant finement les phé- nomènes instationnaires de la turbulence dans certaines régions critiques de l'écoulement, avec l'approche statistique (RANS), moins coûteuse numériquement et dont la mise en oeuvre dans le reste du domaine permet de rendre compte des variations globales imposées à l'écoulement (injection d'eau froide dans de l'eau chaude, rotation de l'arbre et de la roue, etc. . . ). Dans cette optique, une étude détaillée des modélisations adaptées aux écoulements en rotation est réalisée, suivant les deux approches RANS et LES. De nombreux modèles de turbulence sont comparés sur un cas test de canal en rotation. Le couplage zonal aux faces de bord par la méthode des structures turbulentes synthétiques (SEM) est étudié et une méthode innovante de couplage volumique par force de rappel (Forçage Linéaire Ani- sotrope) sur une zone de recouvrement RANS/LES est proposée. Ces deux méthodes sont étendues pour la première fois à la thermique. Les simulations hybrides RANS/LES zonales présentées, sur des cas test de canal fixe, en rotation ou en convection forcée, montrent la faisabilité de telles modélisations pour des applications industrielles
The numerical simulation of turbulent flows in cooling system of hydrau- lic pumps sealing requires considering large computational domains and long integration times. The zonal hybrid RANS/LES modelling of turbulence could deal with such appli- cations, in order to reproduce the whole thermal and dynamical phenomena of the flow, with a computational cost compatible with industrial studies. This approach aims at pro- perly interfacing a Large Eddy Simulation (LES), which provides an accurate unsteady description of turbulence in some critical regions of the flow, with the statistical RANS approach, less demanding in computational resources, applied in the whole remaining fluid domain in order to take into account the imposed global variations of the flow (cool water injection in hot water, shaft and rotor rotation,. . . ). To this end, a detailed study of tur- bulence models appropriate for rotating flows is presented, following both the RANS and the LES approaches. Numerous turbulence models are compared in the rotating channel flow test case. The zonal coupling at boundary faces using the Synthetic Eddy Method (SEM) is studied and an innovative volumic coupling using a source term on overlapping RANS/LES area, the Anisotropic Linear Forcing, is proposed. For the first time, these two coupling methods are extended to heat transfer. The present zonal hybrid RANS/LES computations of static or rotating channel flows in isothermal or forced convection regimes, show the applicability of such modelling for industrial studies

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Andrade, João Rodrigo. "Spectral analysis of the turbulent energy cascade and the development of a novel nonlinear subgrid-scale model for large eddy simulation." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I006/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’analyser et d’acquérir de nouvelles connaissances sur le comportement de la dynamique de petites échelles des écoulements turbulents et de proposer un nouveau modèle sous-maille non linéaire pour la simulation des grandes échelles de la turbulence. De cette façon, la présente thèse est subdivisée en trois parties principales. Le premier sujet concerne l’analyse des incertitudes statistiques associées aux données de simulation numérique directe pour des écoulements turbulents en canal plan, fournissant une nouvelle quantification physique de ces erreurs. Dans cette analyse, l’erreur de vitesse moyenne est estimée en prenant en compte le tenseur de contrainte de Reynolds et en utilisant l’équation de forces moyennes. Cette analyse est effectuée afin de vérifier la qualité des données statistiques provenant de la simulation numérique directe appliquée dans le présent travail. Deuxièmement, pour comprendre la physique contenue dans l’ensemble du spectre de nombre d’ondes des écoulements turbulents, une analyse du bilan d’énergie cinétique turbulente dans un écoulement de canal plan turbulent complètement développé est réalisée. L’analyse est centrée sur l’influence du nombre de Reynolds sur la cascade spectrale d’énergie et la cascade d’énergie correspondante dans l’espace physique en présence d’inhomogénéité et d’anisotropie. Finalement, nous présentons un nouveau modèle sous-maille non linéaire, conçu pour la simulation des grandes échelles de la turbulence, basé sur un ensemble de tenseurs objectifs. Dans le modèle de fermeture proposé, le tenseur de contrainte à l’échelle sous-maille est fonction du tenseur de la vitesse de déformation et du tenseur de non-persistance de contraintes, où les deux sont des entités cinématiques locales et objectives. Le tenseur non-persistance de contraintes représente la capacité locale du fluide à ne pas être constamment étiré. Pour vérifier la cohérence du modèle proposé, de tests a priori et a posteriori sont effectués en simulant différents écoulements turbulents délimités par de parois. Des comparaisons avec le tenseur de contrainte exact à l’échelle de sous-maille et de données expérimentales ont révélé que l’inclusion de termes non linéaires dans le modèle sous-maille peut conduire à de meilleurs résultats, montrant le potentiel important de la base tensorielle proposée
The purpose of the present work is to analyze and to provide an enhancement of the knowledge about the subgrid-scale behavior and to propose novel nonlinear subgrid-scale models for large eddy simulations of turbulent fluid flows. In this way, the present thesis is subdivided into three main parts. The first topic is an analysis of the statistical uncertainties associated with direct numerical simulation data for turbulent channel flow, showing a novel physicallybased quantification of these errors. In this analysis, the mean velocity error is estimated by considering the Reynolds stress tensor, and using the balance of mean force equation. This analysis is performed in order to verify the quality of the statistical data coming from the direct numerical simulation applied in the present work. Secondly, seeking to understand the contained physics in the whole wavenumber spectrum of turbulent flows, an analysis of the spectral turbulent kinetic energy budget in fully developed turbulent plane channel flow is performed. The analysis is focused on the influence of the Reynolds number on the spectral cascade of energy and the corresponding energy cascade in physical space in the presence of inhomogeneity and anisotropy. Finally, a novel nonlinear subgrid-scale model for large eddy simulation based on a set of objective tensors is presented. In the proposed closure model, the modeled subgrid-scale stress tensor is a function of the resolved rate-of-strain tensor and the resolved non-persistence-of-straining tensor, where both are local and objective kinematic entities. The non-persistence-of-straining tensor represents the local ability of the fluid to avoid being persistently stretched. To check the consistency of the proposed model, a priori and a posteriori tests are performed by simulating different wall-bounded turbulent flows. Comparisons with the exact subgrid-scale stress tensor and experimental data revealed that the inclusion of nonlinear terms on the subgrid-scale model can significantly increase the accuracy of the results, showing the great potential of the proposed tensorial base

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Bigot, Barbara. "Ondes et turbulence dans les écoulements MHD anisotropes : applications solaires." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112072.

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Abstract:

Je présente une étude théorique, phénoménologique et numérique dédiée aux plasmas astrophysiques anisotropes. L’approximation fluide de la magnétohydrodynamique (MHD) incompressible, en présence d’un champ magnétique ambiant B0, est utilisée en régime de turbulence. Afin de caractériser la transition entre la turbulence MHD forte et faible (ou turbulence d’ondes), mes travaux numériques portent sur le développement de l’anisotropie, sa signature spectrale et spatiale, ainsi que son influence sur les transferts d’énergie dans des écoulements MHD tridimensionnels en décroissance libre. Cette analyse est faite en fonction de l’intensité du champ B0 est fort, de nouvelles lois temporelles sont dérivées pour l’énergie des ondes d’Alfvén de cisaillement et celle des pseudo-ondes, dans la limite asymptotique du régime de turbulence d’ondes (à fort B0). Ces prédictions sont ensuite confrontées à l’intégration numérique directe des équations MHD et à celle des équations cinétiques d’ondes. Enfin, je propose un modèle analytique de chauffage coronal par turbulence d’ondes d’Alfvén pour des structures fortement anisotropes, telles que les boucles coronales ou les lignes ouvertes de champ magnétique. Les taux de chauffage obtenus sont ensuite comparés avec les prédictions observationnelles de la couronne solaire
I present a theoretical, phenomenological and numerical study dedicated to anisotropic astrophysical plasmas. The incompressible magnetohydrodynamic (MHD) fluid approximation, in presence of an ambient magnetic field B0, is used in the regime of turbulence. In order to characterize the transition between strong and weak (or wave) MHD turbulence, my numerical work is focused on the development of anisotropy, its spectral and spatial signatures, as well as its influence on the energetic transfers in freely decaying tri-dimensional MHD flows. This analysis is performed according to the intensity of the applied B0 field. The energetic decay decreasing as the B0 intensity is increasing, new temporal laws are derived for the shear- and pseudo-Alfvén wave energies in the asymptotic limit of wave turbulence (strong B0). These predictions are then tested against direct numerical simulation of the MHD equations and of the wave kinetic equations. Finally, I propose an analytical model of solar coronal heating by Alfvén wave turbulence for strongly anisotropic structures, such as coronal loops or open magnetic field lines. The solar coronal heating rates found are then compared with the observational predictions

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Lamriben, Cyril. "Transferts anisotropes d'énergie en turbulence en rotation et excitation de modes d'inertie." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00734192.

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Abstract:

Nous présentons une étude expérimentale de l'influence d'une rotation d'ensemble sur le déclin d'un écoulement turbulent dans une géométrie confinée. L'écoulement est généré en translatant rapidement une grille dans un récipient parallélépipédique, et nous mesurons les champs de vitesse dans un plan vertical (parallèle à l'axe de rotation) grâce à un dispositif de PIV embarqué. Nous montrons dans un premier temps qu'une partie significative de l'énergie est contenue dans un écoulement moyen reproductible, qui s'identifie à une superposition de modes d'inertie résonnants de la cuve. Le couplage possible entre cet écoulement et la turbulence suggère que la turbulence ainsi créée n'est pas en déclin libre. Nous montrons cependant qu'il est possible d'inhiber l'apparition de ces modes d'inertie en modifiant les caractéristiques géométriques de la grille. Cette nouvelle configuration permet alors de caractériser dans l'espace physique les transferts d'énergie pour une turbulence en déclin libre. L'énergie associée aux incréments de vitesse et la densité de flux d'énergie sont calculées à partir d'un grand nombre de réalisations indépendantes. Nous montrons que la rotation provoque une forte bidimensionalisation de la distribution d'énergie, et que celle-ci est contrôlée par une densité de flux d'énergie qui reste quasi-radiale, mais qui fait apparaître une dépendance angulaire marquée. Enfin, nous étudions également l'écoulement dans un cube, que nous soumettons à une libration longitudinale afin d'exciter les modes observés initialement avec le dispositif de turbulence de grille. En comparant les champs de vitesse expérimentaux aux prédictions numériques des modes inviscides, nous montrons que seul un certain nombre de modes, compatibles avec les symétries du forçage, peuvent être excités par libration. Nous caractérisons en particulier la résonance du mode de plus bas ordre compatible avec les symétries du forçage, et discutons du rôle de la viscosité.

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He, Jun. "Modélisation des écoulements gaz-solides en régime dilué : influence des collisions entre particules et de l'anisotropie de leur mouvement fluctuant." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD698.

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Abstract:

Le but de cette thèse est d'étudier l'influence des collisions entre particules et de l'anisotropie de leur mouvement fluctuant sur la modélisation des écoulements gaz-solides en régime dilué. L'application d'un opérateur de moyenne pondéré par la fonction caractéristique de phase aux équations locales instantanées permet d'obtenir les équations moyennes de bilan de masse et de quantité de mouvement écrites séparément sur chaque phase. La fermeture de ce système d'équations passe par le calcul des corrélations des fluctuations de vitesse des particules ou contraintes cinétiques. L'approche retenue qui s'appuie sur des résultats de la théorie cinétique des gaz raréfiés consiste à résoudre directement des équations de transport sur les moments d'ordre deux et permet ainsi de prendre en compte, la dispersion turbulente, les collisions particule-particule et particule-paroi. Cette approche a été appliquée à trois configurations d'écoulement pour analyser l'influence des différents mécanismes et les prédictions ont été confrontées avec des résultats de mesure tirés de la littérature.

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Pinsonneault, Steve. "Enrichissement chimique du milieu intergalactique par des vents galactiques anisotropes." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28775/28775.pdf.

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Abstract:

Nous avons utilisé un algorithme P$^{3}$M afin de simuler la formation de galaxies dans une boîte cosmologique de (15 Mpc)$^{3}$ dans un univers $\Lambda$CDM d'un décalage spectral de 24 à 2. Nous avons ensuite simulé des vents galactiques anisotropes et suivi l'effet de rétroaction de ces vents sur l'évolution des galaxies naines simulées. Les vents sont modélisés comme étant bipolaires et les angles d'ouverture étudiés sont de $\alpha=60^\circ, 90^\circ, 120^\circ, 150^\circ$ et $180^\circ$. Ces vents modélisés ont tendance à se propager dans une direction perpendiculaire à la structure à grande échelle (filament, crêpe) hébergeant la galaxie. Nous incluons l'effet de la suppression de galaxies par la photoionisation à partir d'un décalage spectral $z=6$ dans cinq de nos simulations et l'ignorons dans les cinq autres afin de comparer cette dernière série de résultats avec des travaux antérieurs. Nous incluons aussi les interactions entre les halos (accrétion, fusion et fission) pour modéliser l'apparition de sursauts d'étoiles produisant des supernovae. Les vents anisotropes sont les plus susceptibles d'enrichir les régions de faibles densités. De plus, ils ont moins de chances de se superposer, ce qui augmente la fraction de milieu intergalactique enrichie en métaux. L'anisotropie grandissante des vents diminue aussi la probabilité qu'un halo soit frappé et dépossédé de son gaz, empêchant ainsi la formation d'une galaxie. Lorsque l'on diminue l'angle d'ouverture des vents de $\alpha=180^\circ$ (un vent isotrope) à un angle $\alpha=60^\circ$, le nombre de galaxies créées double. Cela a pour effet de produire le double de vents. Ces vents étant plus anisotropes, ils se superposent moins, ce qui a pour résultat que la fraction de volume enrichie passe de 8\%, dans le cas de vents isotropes, à 28\% pour des vents ayant un angle d'ouverture de $60^\circ$. L'anisotropie des vents augmente l'enrichissement des régions de toutes densités, ce qui est dû en partie au fait que les vents de hautes anisotropies sont plus nombreux. Lorsque nous ne tenons pas compte de cet effet, nous remarquons que l'anisotropie des vents crée une augmentation de l'enrichissement pour des densités allant jusqu'à $10\bar\rho$, où $\bar\rho$ est la densité moyenne. Nous attribuons cet effet à l'évolution dynamique de nos simulations. Le gaz situé dans les régions de faible densité est fortement enrichi par les vents anisotropes, mais une partie de ce gaz est ensuite accrétée par les structures à grandes échelles. Les régions de hautes densités sont plus efficacement enrichies que les régions de faibles densités ($\sim80\%$ comparé à $\sim20\%$), mais celles-ci sont privilégiées (un maximum d'enrichissement par volume à $0.3\bar\rho$). L'effet de photoionisation diminue grandement le nombre de galaxies de faibles masses formées à $z<3$, ce qui produit une baisse de la fraction de volume enrichie après $z=3$ puisque l'effet d'accrétion l'emporte sur le nombre de vents créés, particulièrement dans les régions de faibles densités.

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Garino, Alain. "Modélisation d'écoulements turbulents anisotropes à l'aide de schémas multiéchelles aux tensions de Reynolds." Aix-Marseille 2, 1988. http://www.theses.fr/1988AIX22082.

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Abstract:

Notre etude s'inscrit dans une approche numerique de la turbulence en mecanique des fluides. Afin de mieux decrire la dynamique des ecoulements turbulents, des modeles multiechelles ont ete etablis. Ces modeles prennent en compte le comportement spectral de la turbulence tout en gardant un formalisme assez simple a mettre en uvre. Un modele multiechelle aux tensions de reynolds a ete mis au point, puis teste sur deux types d'ecoulements: les ecoulements libres (jet et sillage plans, jet circulaire) et les ecoulements homogenes en desequilibre spectral. De nouvelles hypotheses de fermeture, relatives notamment aux flux spectraux, ont ete introduites. Elles ont permis d'ameliorer la description de la turbulence dans de tels ecoulements, par rapport aux modeles classiques de fermeture en un point. En turbulence homogene, des simulations de grandes structures ont ete mises en uvre afin d'enrichir la comparaison avec les modeles multiechelles, monoechelle et l'experience. Un modele deduit d'un schema multiechelles simple a ete introduit dans la fermeture de sous-maille, prenant ainsi en compte le comportement des petites structures independemment des grandes

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Ugalde-Saldaña, Edgardo. "Modèles dynamiques pour la turbulence locale." Aix-Marseille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX11044.

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Abstract:

Dans cette these nous definissons une famille de quantites significatives sur l'ensemble des suites de vitesse, afin de caracteriser la turbulence locale. Nous construisons ensuite un modele symbolique avec topologie markovienne, que nous appelons systeme rond. Pour ce systeme nous pouvons calculer les quantites significatives, en considerant la mesure d'entropie maximale, puis des mesures non-markoviennes. Nous pouvons ainsi etudier le comportement en echelle des differences de vitesse dans le modele, en identifiant la relation entre la structure de la mesure ergodique consideree et le comportement de la famille d'exposants qui lui est associee. Nous proposons une methode d'analyse de donnees nous permettant d'associer un systeme rond a une suite experimentale donnee. Finalement nous considerons les effets de temps fini dans la determination des exposants d'echelle, dans le cadre d'un systeme asymptotiquement auto-similaire

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Bois, Richard. "Adaptation de maillages anisotropes par un estimateur d'erreur hiérarchique." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29273/29273.pdf.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous présentons un nouvel estimateur d’erreur de type hiérarchique utilisable dans un algorithme d’adaptation de maillages afin d’obtenir une approximation plus précise d’une équation aux dérivées partielles. Nous décrivons les avantages que possèdent ce nouvel estimateur d’erreur versus ceux qui existent déjà dans la littérature et nous justifions sa construction. Plusieurs résultats numériques seront présentés dans les cas uni, bi et tridimensionnels. Nous montrons des exemples académiques (où la solution analytique est connue) pour mesurer l’efficacité et la précision du nouvel estimateur d’erreur. Nous montrons également des exemples d’adaptation de maillages pour des équations modélisant des phénomènes physiques comme l’écoulement d’un fluide autour d’un cylindre, la diffusion instationnaire et le contact entre des corps élastiques déformables. Ces exemples montrent que le nouvel estimateur d’erreur est utilisable pour une très grande classe de problèmes.
In this thesis, we present a new hierarchical error estimator that can be used in a mesh adaptation algorithm to obtain a more accurate approximation to the solution of a partial differential equation. This error estimator has many advantages that other existing error estimators do not have or lack of. For instance, it is, by construction, independant of the differential operator used to model a certain physical phenomena. It is also naturally generalisable to the case of approximations of arbitrary order, and this, without any specific treatment to the underlying theory. Finally, it is efficient, optimal in a sense that will be defined and permits the elements to stretch in a priviledged direction (anisotropy) in order to obtain high accuracy against regularly refined meshes. Many examples are given in the one, two and three dimensional cases. Analytical examples (the solution is known) is given to measure the effiency and precision of the new error estimator. Other examples of mesh adaptation for equations modeling different physical phenomena like the flow of a fluid around a cylinder, unsteady diffusion and contact between deformable elastic bodies are presented. These examples show that the new error estimator can be used for a wide variety of problems.

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Ali, Hani. "Étude mathématique de quelques modèles de turbulence." Rennes 1, 2011. http://www.theses.fr/2011REN1S164.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude mathématique de quelques modèles de turbulence qui dérivent des équations de Navier-Stokes. Nous étudions principalement les solutions adéquates pour les équations de type Leray-α dans un domaine périodique, le modèle de Leray-α dans un domaine borné ainsi que le modèle de type TKE (Turbulent Kinetic Energy) avec une viscosité non borné et des conditions aux bords de type Navier non linaires. L'étude des solutions adéquates pour le modèle Leray-α nous permet de construire des solutions adéquates pour les équations de Navier-Stokes. Dans une premire partie, nous présentons les valeurs optimales des régularisations pour les équations de type Leray-α. Nous étudions aussi l'existence et l'unicité des solutions pour ces modèles dans le cas périodique ainsi que la mesure de Hausdroff pour l'ensemble des points singuliers lorsque les régularisations sont inférieures aux régularisations optimales. Dans la deuxième partie, nous présentons quelques résultats pour le modèle de Leray-α introduit précédemment dans un domaine borné. En outre, nous étudions l'existence et l'unicité de la solution adéquate pour ces équations avec des conditions aux limites de types Navier. La dernière partie est consacré l'étude du modèle TKE de turbulence. Dans cette étude, la viscosité est non borné et les conditions aux bords sont de type Navier non linaires. Pour ce modèle, nous démontrons l'existence des solutions adéquates
In order to construct suitable weak solutions to the Navier-Stokes equations, we use an α regularization for these equations. The α models were introduced as sub-grid scale models based on the Navier-Stokes-α (LANS-α) model. In this work, we study some of these α regularizations like the Leray-α, the modified Leray-α and the simplified Bardina models. The first part of this work concerns a general Leray-α family with critical regularization under periodic boundary conditions. In this section, we give the optimal value of regularizations needed to ensure global existence and uniqueness for the solution. In addition, we consider the subcritical cases where we focus our study on the Hausdorff dimension of the time singular set. The results interpolate between the result of regularity for critical regularization and the bound for the time singular set dimension of the Navier-Stokes equations proved by Scheffer. In the second part, we consider the Leray-α model of turbulence with more physical boundary conditions the Navier Slip boundary condition. The third part of my work deals with the mathematical analysis of the Turbulent Kinetic Energy (TKE) model of turbulence with unbounded viscosity and nonlinear Navier boundary conditions. The renormalized method of Diperna Lions is used to show the existence of suitable weak solutions to this model

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Bouha, Arezki. "Phénoménologie du mélange de scalaire passifs en écoulements isotropes et anisotropes axisymétriques. Interaction mouvement cohérent-turbulence." Rouen, 2016. http://www.theses.fr/2016ROUES058.

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Abstract:

Les jets annulaires sont largement rencontrés dans une multitude d'applications industrielles. On leur reconnaît l’habilité de mélanger l’écoulement de sortie et l’ambiant à partir de courtes distances en aval de la sortie du jet. L’objectif est la caractérisation phénoménologique du mélange turbulent de scalaire passif dans ce type d’écoulement. Les expérimentations réalisées, comprennent des couples de mesures simultanées à fil chaud/fil froid et PIV/PLIF. Cette étude met en évidence le rôle des structures cohérentes (SC) qui y sont créées dans l'établissement d'un écoulement auto-similaire. Pour ce faire, nous nous intéresserons aux transports de variance de scalaire et d'énergie cinétique. Le bilan de variance de scalaire à chaque échelle r est établi analytiquement en se basant sur l'auto-similitude des fonctions de structures, normalisées par des paramètres appropriés. Ce bilan permet de prendre en compte les effets des Reynolds finis, mais surtout réduit la complexité de l'évaluation du transfert non-linéaire des fluctuations de scalaire. L'énergie cinétique transférée à chaque échelle est modélisée en tenant compte d'un temps caractéristique qui résulte d'un étirement particulier. Invoquant une décomposition triple, les contributions du mouvement cohérent et aléatoire sont considérées séparément. Leur interaction est évaluée en tenant compte d'un bilan de fluctuations, moyenné en temps et en phase. Il y est démontré un accroissement du transfert d'énergie cinétique et de variance de scalaire sous l'effet des SC
Annular jets (hereafter AJ) are widely used in industrial processes. They are known for their ability to mix inlet flow with the ambient on relatively short distances compared to standard jets. The attempt is to assess the turbulent mixing of a passive scalar in AJ flows. The flow is experimentally investigated through simultaneous Hot/Cold wires and PIV/PLIF measurements. It is well recognized that ’bluff-body’-type geometry leads to coherent structures (CS) in the AJ flows. The aim of this research is to understand and quantify the exact influence of Coherent Structures (CS) on small-scale turbulence (Random Scales, RS), in particular for the transfer of a passive scalar fluctuations and kinetic energy at each scale r. Scale-by-scale energy budget equation for the scalar variance is established analytically along the jet axis, based on the self-similarity of the structures functions. We assess the appropriate normalization parameters for the similarity of the scalar structures functions to be valid. Invoking the triple decomposition, the contribution of CS (based on the specific Strouhal of the CS) and RS are considered separately, for either the instantaneous signal, or the one-point energy, or the two-point energy. Their interaction is investigated using phase-and time-averaged scale-by-scale energy. It is shown that this interaction becomes more perceptible at low Reynolds numbers. It is most likely that that this departure is more enhanced for small scales of the scalar than those of the kinetic energy

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Bennis, Anne-Claire. "Etude de quelques modèles de turbulence pour l'océanographie." Phd thesis, Université Rennes 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343712.

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Abstract:

L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-déconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie.

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Bennis, Anne-Claire. "Étude de quelques modèles de turbulence pour l'océanographie." Rennes 1, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343712.

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Abstract:

L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-deconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie
The ocean is fundamentaly turbulent and it is essential to modelize the oceanic turbulence in order to improve the understanding of its effects. In this work, turbulence models for the ocean are theoretically and numerically studied. In the first part, we present a brief state of art on URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) and LES (Large Eddy Simulation) turbulence models. In the second part, URANS models are studied. We present a new model whose the existence and uniqueness of the stationary solution we show. Moreover, we show that the new model can be used to study the turbulence induced by the wind stress when we have convective phenomenons which is not true for the Pacanowski-Philander and Gent models. In the third part, LES models are studied. We adapt the "Leray-deconvolution" model to the ocean/atmosphere boundary conditions. We introduce, for this, a continuous deconvolution equation whose its solution as convective velocity in "Leray-deconvolution" model we set. So, we consider a new LES model called deconvolution model. We notably show that the solution of the deconvolution model converges to a dissipative solution of the Navier-Stokes equations. We numerically validate the deconvolution model thanks to DNS (Direct Numerical Simulation) results for 2D cases with and without bathymetry

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Charef, Hamid. "Modèles macroscopiques de conduction et d’élasticité linéarisée pour des milieux fortement hétérogènes et anisotropes." Thesis, Toulon, 2012. http://www.theses.fr/2012TOUL0014/document.

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Abstract:

Dans cette thèse on étudie quelques modèles macroscopiques pour des milieux conducteurs ou élastiques fortement hétérogènes et anisotropes obtenus par homogénéisation. Nous considérons le cas de l’homogénéisation périodique. En particulier pour le système de l’élasticité linéarisée modélisant les petites déformations d’un matériau fibré, nous étudions l’effet de l’anisotropie du matériau sur le modèle macroscopique et nous montrons que sous l’effet conjugué des conditions aux limites et de l’anisotropie des fibres, le système modélisant les déplacements à l’échelle macroscopique fait intervenir des termes non standard. Nous considérons plusieurs scalings et deux situations géométriques : dans la première le rayon des fibres cylindriques est du même ordre de grandeur que la taille de la période du milieu et dans la seconde la rayon est petit devant la période. Les résultats obtenus dans les deux cas, indépendants d’hypothèses de symétrie sur le matériau, permettent de retrouver les résultats déjà connus dans le cas de matériaux isotropes
In this thesis we study some macroscopic models for drivers or elastic media highly heterogeneous and anisotropic obtained by homogenization. We consider the case of periodic homogenization. In particular the system of linearized elasticity modeling small deformations of a fiber material, we study the effect of material anisotropy on the macroscopic model and show that the combined effect of the boundary conditions and the anisotropy of the fiber system modeling movement at the macroscopic scale involves non-standard terms. We consider several scalings and two geometric situations: in the first radius of cylindrical fibers is of the same order of magnitude as the size of the middle period and in the second the radius is small compared to the period. The results obtained in both cases, independent of symmetry assumptions on the material used to find the results already known in the case of isotropic materials

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Charef, Hamid. "Modèles macroscopiques de conduction et d’élasticité linéarisée pour des milieux fortement hétérogènes et anisotropes." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2012. http://www.theses.fr/2012TOUL0014.

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Dans cette thèse on étudie quelques modèles macroscopiques pour des milieux conducteurs ou élastiques fortement hétérogènes et anisotropes obtenus par homogénéisation. Nous considérons le cas de l’homogénéisation périodique. En particulier pour le système de l’élasticité linéarisée modélisant les petites déformations d’un matériau fibré, nous étudions l’effet de l’anisotropie du matériau sur le modèle macroscopique et nous montrons que sous l’effet conjugué des conditions aux limites et de l’anisotropie des fibres, le système modélisant les déplacements à l’échelle macroscopique fait intervenir des termes non standard. Nous considérons plusieurs scalings et deux situations géométriques : dans la première le rayon des fibres cylindriques est du même ordre de grandeur que la taille de la période du milieu et dans la seconde la rayon est petit devant la période. Les résultats obtenus dans les deux cas, indépendants d’hypothèses de symétrie sur le matériau, permettent de retrouver les résultats déjà connus dans le cas de matériaux isotropes
In this thesis we study some macroscopic models for drivers or elastic media highly heterogeneous and anisotropic obtained by homogenization. We consider the case of periodic homogenization. In particular the system of linearized elasticity modeling small deformations of a fiber material, we study the effect of material anisotropy on the macroscopic model and show that the combined effect of the boundary conditions and the anisotropy of the fiber system modeling movement at the macroscopic scale involves non-standard terms. We consider several scalings and two geometric situations: in the first radius of cylindrical fibers is of the same order of magnitude as the size of the middle period and in the second the radius is small compared to the period. The results obtained in both cases, independent of symmetry assumptions on the material used to find the results already known in the case of isotropic materials

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Kessar, Mouloud. "Simulation numérique directe de la turbulence hélicitaire maximale et modèles LES de la turbulence magnétohydrodynamique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI042/document.

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Abstract:

La turbulence homogène et isotrope fut formalisée par Kolmogorov (1941), à l'aide d'une analyse dimensionnelle. Il parvint à démontrer que la densité spectrale de l'énergie cinétique, $E(k)$ suivait une loi en $k^{-5/3}$. Ce comportement est connu sous le nom de cascade de Kolmogorov. Dans de nombreux contexte géophysique ou astrophysiques, l'hélicité cinétique joue un rôle important. Parker (1955) a notamment démontré que l'hélicité cinétique pouvait contribuer à l'amplification d'un champ magnétique pour des écoulements conducteurs. Brissaud {it et al} (1973) ont alors tenté de déterminer l'influence que l'hélicité cinétique pouvait avoir sur les spectres d'énergie cinétique. Brissaud {it et al} (1973) suggèrent l'existence d'une cascade pour laquelle les spectres d'énergie cinétique suivent une loi en $k^{-7/3}$. Dans la première partie de ce manuscrit nous allons confirmer à l'aide de simulations numériques directes (DNS) l'existence d'une loi asymptotique en $k^{-7/3}$. Nous aurons également recourt à la décomposition en modes hélicitaires afin d'analyser de manière approfondie la physique qui régit ces écoulements. Dans de nombreux écou-le-ments géophysique ou astrophysiques, la turbulence est très forte, et une très large gamme d'échelles est impliquée. Bien que la puissance des calculateurs ait considérablement augmentée ces dernières années, il n'est toujours pas possible de simuler l'ensemble de cette gamme d'échelles pour des configurations réalistes. Une solution connue sous le nom de Large Eddy Simulations (LES) permet de réaliser des simulations de ce type d'écoulement. Concrètement, lors de la réalisation d'une LES, les grandes échelles de l'écoulement sont résolues, et les interactions entre les grandes et les petites échelles de l'écoulement sont modélisées. Divers modèles de turbulence existent déjà pour la réalisation de LES en turbulence. Néanmoins leurs limites ne sont pas toujours bien connues dans le cadre de la turbulence magnétohydrodynamique (MHD), c'est-à-dire pour les fluides conducteurs de l'électricité que l'on rencontre en géophysique ou astrophysique. Dans la seconde partie de ce manuscrit nous allons donc évaluer les performances fonctionnelles (voir Sagaut (2002)) de ces différents modèles dans des configurations correspondant à des dynamos turbulentes, c'est-à-dire à des régimes où un champ magnétique est généré par un fluide conducteur animé d'un mouvement turbulent. Nous étudierons notamment la capacité des modèles LES à reproduire les échanges énergétiques entre grandes et petites échelles. Pour ce faire, nous réaliserons plusieurs DNS, pour des écoulements non-hélicitaires (menant à des dynamos de petites échelles) et des écoulements hélicitaires (menant à des dynamos de grandes échelles). `A l'aide d'une opération de filtrage, nous calculerons les transferts sous-mailles exacts, puis les comparerons aux prédictions fournies par les modèles. Finalement nous réaliserons des LES à l'aide des différents modèles et nous les comparerons aux DNS filtrées
Homogeneous and isotropic turbulence was first formalized by Kolmogorov (1941), through dimensional analysis. He managed to show that the spectral density of kinetic energy, $E(k)$, was following a $k^{-5/3}$ law. This behaviour is known as Kolmogorov's cascade. For many geophysical and astrophysical flow, kinetic helicity plays an important role. For instance, Parker (1955) showed that for conductive fluids such as Sun, kinetic helicity could contribute to amplify the magnetic field. Brissaud {it et al} (1973) tried to show that kinetic helicity could have an influence on the spectral density of kinetic energy. Through dimensional analysis they suggested the existence of a cascade for which the kinetic energy spectra would follow a $k^{-7/3}$ law. In the first part of this thesis we will confirm thanks to Direct Numerical Simulations (DNS) the existence of such an asymptotic limit in $k^{-7/3}$. We will also use helical decomposition to perform a deep analysis of the physics encountered within such flows. In several geophysical and astrophysical fluids, turbulence is very strong, and involves a large range of scales. Despite the strong development of computational resources the last few decades, it remains impossible to simulate this range of scales for realistic configurations. One solution is known as Large Eddy Simulations (LES). While a LES is performed, only the large scales of the flow are resolved, and the interactions between large and small scales are modeled. Several turbulence models have been developed for LES of turbulence. Nevertheless, the limitations of these models are not always well known for magnetohydrodynamic (MHD) turbulence, i.e for conductive fluids that can be encoutered in geophysics and astrophysics. In the second part of this thesis we will evaluate the functional performances (see Sagaut (2002)) of these models for several flow configurations involving turbulent dynamo action, i.e when a magnetic field is amplified though the action of a turbulent conductive fluid. In particular we will study the capabilities of LES models to reproduce energy exchanges between large and small scales. In order to do so, we will perform several DNS, for both non-helical flows (i.e leading to small scale dynamo) and helical flows (i.e leading to large scale dynamo). Thanks to a filtering operation we will compute the exact subgrid-scale transfers and compare them to the predictions given by several models. Finally we will achieve LES using subgrid-scale models and we will compare them to filtered DNS

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Honnert, Rachel. "Quelle turbulence dans les modèles atmosphériques à l'échelle kilométrique ?" Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0119/document.

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Abstract:

A Météo France, le modèle opérationnel AROME a une résolution horizontale de 2,5 km. L'augmentation des moyens de calcul permettra au prochain modèle opérationnel de tourner à des résolutions de l'ordre ou inférieures au kilomètre. Il entrera donc dans une gamme de résolution appelée zone grise de la turbulence. A ces échelles, les plus grandes structures turbulentes, qui étaient jusqu'alors entièrement sous-maille, devraient être en partie résolues. Cette thèse a permis de définir ce que les modèles devaient obtenir aux échelles kilométriques et sub-kilométriques, c'est-à-dire les parts sous-maille et résolue de référence de la turbulence dans la zone grise. Ces références ont été établies dans le cas de couches limites convectives en convection libre ou forcée, nuageuse ou non. Elles permettent de prouver qu'à hauteur de couche limite égale, les thermiques sont plus larges dans les couches surmontées de nuages. Elles indiquent surtout que, quelle que soit la configuration, les paramétrisations actuelles ne sont pas capables de reproduire la zone grise. Ces échelles demandent donc de développer une nouvelle paramétrisation de la turbulence. La représentation de la turbulence non locale est la part qu'il faut faire évoluer. Nous avons donc pris le parti de modifier le schéma de thermique en flux de masse. Pour étudier les structures cohérentes sous-maille de couche limite, nous avons créé une analyse conditionnelle permettant de circonscrire la part de thermique qui influence le schéma sous-maille en fonction de la résolution. Cet outil nous a permis de définir les caractéristiques des thermiques sous-maille dans la zone grise, mais également de vérifier à micro-échelle les hypothèses de méso-échelle des schémas en flux de masse. Nous avons démontré que toutes les hypothèses ne sont pas valables. Finalement nous avons établi le système d'équations d'un schéma en flux de masse qui fonctionne aux échelles kilométriques
The turbulence is well-represented on grid coarser than 2 km. Indeed, in meso-scale models, the turbulence is entirely sub-grid. The turbulence is also well-represented at very high resolution (10 to 100 m) by LES models for which turbulence is mainly resolved. However we do not know which part of the turbulence should be resolved and which part of it should be parameterized when a model runs at kilometric scales, the so-called “Terra Incognita“ from Wyngaard (2004). Thanks to increasing computational resources, in a near future, limited area NWP models will reach grid spacings on the order of 1 km or even 500 m. The aim of this study is to develop a parameterization which will provide adequate turbulence to these new-generation, high-resolution models. At first, this study describes a new diagnostic based on LES, which clarifies which part of turbulence should be parameterized at kilometric scales. This reference called “partial similarity function“ is a precious tool to quantify the error made by atmospheric models when running at kilometric scales. These errors are quantified for a state-of-the-art meso-scale model (Méso-NH) with several turbulence mixing options : different mixing lengths, different dimensionalities, a K-gradient scheme or an EDMF approach (K-gradient with a mass-flux scheme). K-gradient turbulence schemes are unable to reproduce the counter-gradient zone. In the grey-zone, this characteristic has a disastrous effect. As the instability is too large, the boundary layer is mixed by the dynamic of the model and the resolved mixing is too strong. The counter-gradient zone can be reproduced by adding a mass-flux scheme to the K-gradient turbulence scheme (Pergaud et al. (2009)). However the mass-flux scheme in its original form only produces wholly subgrid thermals at a grid size for which boundary-layer thermals should be partly resolved. In this case, the subgrid mixing is too strong. So the question arises as what is a subgrid thermal in the “grey zone“, when the mesh contains one thermal at the most and a part of the thermal has to be resolved by the advection scheme of the model. A conditional sampling is defined in order to detect the subgrid part of the thermals. It allows to determine the characteristics of the subgrid thermals in the “grey zone“ and to find out which assumptions of the mass-flux schemes are not verified. In the light of this study, the mass-flux scheme equations are established by taking the thermal fraction and the resolved vertical velocity into account. Finally, the system of equations is closed. The new parameterization is valid in the grey zone

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Fortin, Pierre Yves. "Modèle vectoriel d'ondes couplées pour les processus non linéaires d'interaction photonique dans les milieux anisotropes." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/26920/26920.pdf.

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Malecki, Pierre. "Étude de modèles de turbulence pour les couches limites tridimensionnelles." Toulouse, ENSAE, 1994. http://www.theses.fr/1994ESAE0013.

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Abstract:

La couche limite tridimensionnelle turbulente est le siège de phénomènes complexes, particulièrement du point de vue de la structure de la turbulence. L'xploitation des propriétés des équations de Prandtl permet un calcul très rapide par une méthode de marche en espace, ce qui facilite l'étude des performances de modèles de fermeture complexes. Le code de calcul de couche limite du CERT/DERAT a été étendu pour permettre des calculs en mode inverse ; des modèles de turbulence classiques, reposant sur l'intéhration de une à cinq équations de transport pour les moments turbulents, ont été inclus dans la méthode en vue d'une utilisation industrielle. La surface sur laquelle se développe la couche limite peut être donnée par plusieurs blocs de maillage structuré, et la méthode proposée permet la coexistence de zones laminaires, transitionnelles ou turbulentes avec équations de transport. En couche limite tridimensionnelle, la contrainte de cisaillement turbulente n'est pas alignée avec la contrainte visqueuse. Les modèles à viscosité tourbillonnaire étant incapables de reproduire cette propriété une autre partie de l'étude, plus fondamentale, examine les développements récents sur la fermeture au second ordre. L'accent porte particulièrement sur le tenseur des corrélations pression-déformation, et ses propriétés pour la couche limite tridimensionnelle sont étudiées. Les adaptations nécessaires pour prendre en compte la présence de la paroi sont également présentées. Tout le tenseur de Reynolds a été intégré numériquement par des approches à une ou deux couches pour évaluer des fermetures récentes non linéaires en écoulement tridimensionnel, sur les cas d'une aile en flèche et d'un ellipsoïde de révolution en incidence. Une excellente prévision de l'écoulement moyen, et des désalignements, bien qu'encore trop peu importants ont pu être obtenus avec certains modèles.

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Zille, Pascal. "Modèles multi-échelles pour l'analyse d'images : application à la turbulence." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0029/document.

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Abstract:

Cette étude a pour cadre l’analyse d’images dans un contexte multi-échelles, une attention particulière étant portée sur les images fluides dans un contexte turbulent. Nous traitons en premier lieu le problème de l’estimation de mouvement. Dans un contexte multi-échelles, on néglige bien souvent dans un premier temps la contribution des fines échelles du problème. Nous proposons, pour pallier ce problème, plusieurs termes d’attache aux données dérivant de l’OFCE. Ceux-ci permettent, à chaque niveau d’échelle, la prise en compte de ces composantes fines échelles. Les performances de ces termes sont expérimentalement démontrées sur des images générales et fluides. Nous abordons en second lieu le problème de super-résolution d’images de scalaires passifs : nous souhaitons reconstruire, de manière explicite, certains détails manquants au sein d’images basse résolution données. Pour cela, nous utilisons plusieurs modèles issus de la simulation des grandes échelles ainsi que des méthodes d’assimilation de données permettant d’assurer une certaine cohérence temporelle de la solution. Les approches présentées sont expérimentalement étudiées sur différentes séquences d’images. Enfin, nous proposons une méthode d’estimation multi-résolution permettant de combiner de manière simultanée les informations issues des différents niveaux de résolution
This thesis is concerned with image analysis within a multi-scale framework. Specific attention is given to fluid images in the presence of turbulence. In a first part, we adress the problem of multi-scale motion estimation from image sequences. Starting from OFCE equation, we derive several image data terms allowing to take into account, while estimating the solution coarse scales, the contribution of the finer scales components usually neglected in classic approaches. The performances of the resulting estimators is demonstrated on both general and fluid images. The second step of this study is concerned with the problem of passive scalar images super- resolution : starting from low resolution input images, we aim at recovering some of the missing high frequencies. We proposed several methods inspired by the LES framework, as well as data assimilation techniques, in order to ensure the solution consistency over time. Such approaches are experimented and compared over various image sequences. Finally, we propose a multi-resolution estimation method simultaneously combining informations from different grid levels

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Bian, Nicolas. "Turbulence convective et transport intermittent dans un plasma magnétisé." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11012.

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Abstract:

Ce travail aborde les aspects intermittents du transport dans un plasma magnétisé. Pour rendre compte d'évènements de transport intermittents, nous prendrons pour point d'attache l'instabilité d'interchange dans le tokamak. Cette dernière est identique à l'instabilité de Rayleigh-Bénard dans les fluides neutres. En dégelant la structure dans la direction de la stratification, des modes sélectionnés par Lorenz (1963), dans son célèbre modèle à trois champs de la convection, on construit un modèle à une dimension de la convection turbulente. Grâce à ce modèle nous étudions le rôle d'un écoulement moyen, transverse à la direction de la stratification, dans le contrôle de l'intermittence et dans le déclenchement d'évènements de transport balistique

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Shurgalina, Ekaterina. "Dynamique de champs de vagues irréguliers en zone côtière." Thesis, Ecole centrale de Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDM0002/document.

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Abstract:

Les vagues et les ondes internes de gravité ont un impact important surl’hydrodynamique et l’hydrologie de la zone côtière. Les vagues extrêmes sontparticulièrement intéressantes à étudier, car elles sont une menace sérieuse pour letransport maritime, les plates-formes pétrolières, les installations portuaires et leszones touristiques de la côte. Ces ondes entravent aussi les activités humainesdéveloppées à la côte. Les ondes internes non linéaires affectent la biosphèreaquatique, notamment le transport de sédiments et créent des affouillements à labase des plates-formes et des pipelines. Elles affectent également la propagationdes signaux acoustiques. Les vagues scélérates provoquent d’importants dégâtsmatériels et de nombreuses pertes en vies humaines. Par conséquent, l’étude de laformation des ondes scélérates dans la zone côtière est d’une importance capitale.L'objectif principal de la thèse est l'étude de la formation d’ondes océaniquesanormales dans la zone côtières pour différentes profondeurs d’eau et différentschamps d'ondes. Il est montré que le mécanisme de focalisation dispersive àl’origine de la formation d’ondes scélérates est pertinent quand les ondesinteragissent avec une paroi verticale. Il est démontré que juste avant la formationde l’onde maximale, celle-ci change rapidement de forme, d'une haute crête vers uncreux profond. La durée de vie de l’onde scélérate augmente avec le nombred’ondes individuelles contenues dans le paquet d'ondes anormales et lorsque laprofondeur de l'eau diminue.Il est démontré que l'interaction de paires de solitons unipolaires conduit à unediminution des facteurs de dissymétrie et d’aplatissement du champ d'ondes. Il estprouvé que dans le cas d'interactions hétéropolaires de solitons, le facteurd’aplatissement augmente.La dynamique non linéaire de champs de solitons unipolaires aléatoires estétudiée dans le cadre de l’équation de Korteweg - de Vries (KdV) et de l’équationde Korteweg - de Vries modifiée (mKdV). Il est montré que les coefficients dedissymétrie et d'aplatissement du gaz de solitons sont réduits à la suite de collisionsde solitons. Les fonctions de distribution des amplitudes des ondes sont obtenues.Le comportement des champs solitoniques dans le cadre de ces modèles estqualitativement similaire. Il est démontré que l'amplitude des ondes extrêmesdiminue en moyenne en raison des interactions entre multi-solitons.Dans le cadre de l'équation de Korteweg-de Vries modifiée, les interactionsnon linéaires entre le soliton de plus petite amplitude et les autres solitons du gazont pour effet de réduire sa célérité qui devient négative et de modifier ainsi sadirection de propagation.A partir de l'équation de Korteweg-de Vries modifiée, il est prouvé que dans ungaz de solitons héteropolaires, des ondes scélérates peuvent se former. Laprobabilité d’occurrence et l’amplitude des ondes scélérates dans de tels systèmesaugmente avec la densité du gaz de solitons
Surface and internal gravity waves have an important impact on the hydrological regime ofthe coastal zone. Intensive surface waves are particularly interesting to study because they canbe a serious threat to ships, oil platforms, port facilities and tourist areas on the coast; suchwaves hampered the implementation of human activities on the shelf. Nonlinear internal wavesaffect the underwater biosphere and cause sediment transport, they create washouts soil at thebase of platforms and pipelines, affect the propagation of acoustic signals. Freak waves have aparticularly strong impact, and they are studied in this thesis. Therefore, the study of freak waveformation in the coastal zone is relevant and practically significant.The main goal of the thesis is the study of particularities of abnormal wave formation incoastal zones under different assumptions on the water depth and wave field form. In particular,it is demonstrated that the mechanism of dispersion focusing of freak wave formation "works"for waves interacting with a vertical barrier. It is shown that just before the maximum waveformation a freak wave quickly changes its shape from a high ridge to a deep depression.Lifetime of freak wave increases with the growth of number of individual waves in anomalouswave packet, and lifetime of freak wave increases with water depth decreasing.It is demonstrated that pair interaction of unipolar solitons leads to decrease of the thirdand fourth moments of the wave field. It is shown that in the case of heteropolar solitoninteraction the fourth moment increases.The nonlinear dynamics of ensembles of random unipolar solitons in the framework of theKorteweg - de Vries equation and the modified Korteweg - de Vries equation is studied. It isshown that the coefficients of skewness and kurtosis of the soliton gas are reduced as a resultof soliton collision, the distribution function of wave amplitudes are defined. The behavior ofsoliton fields in the framework of these models is qualitatively similar. It is shown that in thesefields the amplitude of the big waves is decreased in average due to multi-soliton interactions.A new braking effect of soliton with a small amplitude and even changing of its direction inmulti-soliton gas as a result of nonlinear interaction with other solitons is found in the frameworkof the modified Korteweg-de Vries equation.It is shown that in heteropolar soliton gas abnormally big waves (freak waves) appear inthe frameworks of the modified Korteweg - de Vries equation. With increasing of soliton gasdensity the probability and intensity of freak waves in such systems increases

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Levent, Emmanuel. "Modélisation de faisceaux ultrasonores en milieux anisotropes par décomposition en ondes planes." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1093.

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Abstract:

Les essais non destructifs par ultrasons s'intéressent, à la demande de l'industrie, à des matériaux de plus en plus complexes. Ils nécessitent, tant pour la caractérisation de défauts que celle de matériaux, de prévoir et d'améliorer les faisceaux des transducteurs. Le modèle présenté ici fait appel à une décomposition du champ en ondes planes monochromatiques au niveau de la face avant du transducteur appelée encore droite de référence. Les caractéristiques et les amplitudes des ondes se propageant dans le milieu anisotrope sont déterminées respectivement à partir des lois de Snell-Descartes généralisées et par une projection du vecteur vitesse particulaire sur les vecteurs polarisation des ondes. Le faisceau est ensuite recomposé de manière classique suivant une droite parallèle à la référence. Le logiciel développé a permis, par une représentation originale du champ décrivant le mouvement réel des particules, de faire un certain nombre d'observations : polarisation résultante elliptique dans le champ proche et rectiligne dans le champ intermédiaire, déviation des faisceaux des ondes quasi-longitudinales et quasi-transversales, variation de la focalisation du champ en fonction du facteur d'anisotropie du milieu. La recomposition a ensuite été réalisée sur une droite non parallèle à la référence. Une rotation du référentiel a alors été nécessaire et s'est accompagnée d'un calcul de déterminant de jacobien. La perte de l'équirépartition des points de calcul a été résolue par un remaillage judicieux. L'étendue spectrale du faisceau a ainsi pu être optimisée. Le formalisme a enfin été étendu à d'autres cas de figure : contrainte imposée sur la droite de référence, milieu de propagation absorbant, transducteur à incidence oblique et transducteur focalisé. La prise en compte de ces deux derniers a permis d'évaluer de manière plus précise que par une méthode classique de trace de rayons, le champ acoustique généré lors des contrôles non destructifs.

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Arif, Irwandy. "Modélisation des milieux anisotropes et fractures : application aux exploitations ardoisières." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1991. http://www.theses.fr/1991INPL126N.

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Abstract:

L'anisotropie et les discontinuités sont deux paramètres importants qui influencent particulièrement le comportement mécanique d'un massif. Notre objectif est d'améliorer l'analyse du comportement et de la stabilité dans une mine souterraine d'ardoise. Pour cela, nous avons introduit et appliqué le comportement des joints à raideurs variables et le critère de rupture oriente de PARISEAU dans le code éléments finis ELFI3f (Laboratoire de Mécanique des Terrains Ecole des Mines de Nancy). Une méthodologie dite de « modélisation évolutive a été développée et mise en œuvre dans le cas d'une galerie et d'une chambre d'une mine d'ardoise située à 500 m de profondeur, en utilisant le code ELFI3F (éléments finis) et le code UDEC (éléments distincts). La comparaison des résultats des calculs avec les résultats in situ a été étudiés pour la galerie pilote. Une retro-analyse systématique a été effectuée pour ajuster les valeurs des caractéristiques de la roche isotrope transverse, ainsi que l'état de contrainte in situ. Cette application et ces résultats montrent à quel point il est important de prendre en compte fidèlement l'anisotropie et le comportement des discontinuités pour l'étude des massifs rocheux, notamment en vue de l'analyse de stabilité

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Gruescu, Ion Cosmin. "Approche par changement d'échelle de l'endommagement des matériaux anisotropes : application aux composites à matrice fragile." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2004/50376-2004-229-230.pdf.

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Abstract:

La microfissuration matricielle constitue (avec les phénomènes de décohésion à l'interface fibre -matrice) un des principaux mécanismes de déformation à l'origine du comportement mécanique non linéaire des Composites à Matrice Céramique (CMC). Sa prise en compte dans le cadre d'une modélisation purement macroscopique présente encore de nombreuses difficultés qui sont diversement abordées dans la littérature. On soulignera notamment la difficulté à rendre compte de l'interaction entre l'anisotropie initiale de cette classe de matériaux et l'anisotropie induite par la microfissuration. L'étude du comportement élastique endommageable des CMC est essentiellement abordée ici dans le cadre des méthodes de changement d'échelle d'espace. On présente d'abord une modélisation plane de l'endommagement anisotrope de composites orthotropes visant à rendre compte non seulement de l'interaction entre anisotropies, mais également des effets unilatéraux liés à la fermeture progressive des microfissures. La méthode proposée est une extension aux milieux anisotropes fissurés d'un travail classique d'Andrieux, Marigo et Bamberger (1986). Cette modélisation est validée par confrontation aux données expérimentales de la littérature portant sur un SiC-SiC unidirectionnel
Dans le cadre des techniques d'homogénéisation basées sur l'utilisation des tenseurs d'Eshelby, on propose ensuite une approche tridimensionnelle des milieux orthotropes contenant des fissures ouvertes modélisées par des cylindres infinis. Les résultats obtenus (tenseur d'Eshelby, tenseur de Hill) sont entièrement nouveaux, notamment dans le cas de fissures arbitrairement orientées par rapport aux axes d'orthotropie. Ils mettent clairement en évidence l'interaction entre l'orientation de la microfissuration et l'orthotropie initiale du matériau. Le dernier volet de l'étude est dédié à la modélisation tridimensionnelle de l'endommagement dans les composites à symétrie orthotrope de révolution, affaiblis par des fissures de forme circulaire ("penny-shaped cracks"). En raison de la difficulté particulière à aborder ce problème 3D dans le cadre des méthodes d'homogénéisation, on propose une approche mixte originale combinant les théorèmes de représentation et des résultats issus de la micromécanique. Les bonnes capacités prédictives du modèle macroscopique d'endommagement ainsi élaboré, de même que les comparaisons avec des données expérimentales, permettent de valider la démarche développée

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Baerenzung, Julien. "Modélisation de la turbulence hydrodynamique et magnétohydrodynamique." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4086.

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Abstract:

Les travaux réalisés dans cette thèse portent principalement sur le développement et la validation numérique de nouveaux modèles spectraux de simulation des grandes échelles de la turbulence (LES) hydrodynamique et magnétohydrodynamique (MHD). Ces modèles sont basés sur l’approximation Eddy Damped Quasi Normal Markovian (EDQNM). Dans la modélisation des équations de Navier-Stokes, trois modifications majeures sont apportées en comparaison des approches usuelles. Alors que généralement le spectre des échelles non-résolues (échelles sous-maille) est supposée de type Kolmogorov, dans notre cas, il s’adapte dynamiquement au spectre des échelles résolues. Les variations intrinsèques de l’hélicité cinétique dans les transferts non-locaux sont également prises en compte par un terme dit de « diffusivité hélicitaire turbulente ». Finalement, une méthode originale de reconstruction de la vitesse permet d’inclure la contribution énergétique des termes d’émissions EDQNM au niveau des échelles résolues. La validation du modèle est faite par comparaisons avec la simulation numérique directe (DNS) des équations de Navier-Stokes pour des écoulements tri-dimensionnels entretenus par un forçage fortement hélicitaire de type Beltrami (dit ABC). L’extension du modèle aux équations de la MHD est ensuite réalisée. De nouveaux temps d’amortissement turbulent sont dérivés et intégrés à la modélisation. Ils permettent de simuler les écoulements à nombre de Reynolds cinétique et magnétique quelconques. L’évaluation de cette approche est menée à l’aide de comparaisons avec des DNS d’écoulements MHD en régime de déclin, pour des conditions initiales et des nombres de Prandtl magnétiques variés. Une première application du modèle LES MHD est effectuée dans le cadre de la génération d’un champ magnétique par effet dynamo. Dans cette étude paramétrique, l’influence de l’hélicité cinétique sur le seuil critique de la dynamo est analysée en simulant trois écoulements distincts présentant des niveaux d’hélicité différents
The work presented in this thesis is principally about the development and the numerical validation of Large Eddy Simulation models (LES) for the hydrodynamic and magnetohydrodynamic (MHD) turbulence. These models are based on the Eddy Damped Quasi Normal Markovian (EDQNM) approximation. In our LES for the Navier-Stokes equations three distinct modifications are implemented. Whereas in current approaches a Kolmogorov-like spectrum is assumed for the subgrid scale, in our method, this spectrum dynamically adapts it-self to the large-scale resolved spectrum. The intrinsic variations of the kinetic helicity spectrum in the non-local transfer are also taken into account through a quantity called “helical eddy diffusivity”. Finally, an original method of velocity field reconstruction allows to include the energetic contribution of the EDQNM emission terms on the resolved scales. In order to test the model, comparisons with Direct Numerical Simulations (DNS) of the Three-dimensional Navier-Stokes equations are performed on fluids driven by an ABC (Beltrami) flow which is a prototype of fully helical flows. The extension of the LES model to the MHD equations is then realized. New eddy damping times are derived and integrated into the model. They allow the simulation of flows at any kinetic and magnetic Reynolds number. The evaluation of this approach is done through the comparison with DNS of freely decaying turbulence for various initial conditions and magnetic Prandtl numbers. The LES MHD model was then applied on the magnetic field generation by dynamo effect. 3 In this parametric study, the influence of the kinetic helicity on the critical threshold of the dynamo instability is analysed through the simulation of three distinct flow presenting different levels of helicity

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Kalmthout, Eric van. "Stabilisation et modélisation des flammes turbulentes non-prémélangées : étude théorique et simulation directe." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0528.

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Suard, Sylvain. "Propagation pulsatoire des flammes de brouillard." Laboratoire de modélisation et simulation numérique en mécanique et génie des procédés (Marseille), 2004. http://www.theses.fr/2004AIX22100.

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Larcher, Aurélien. "Schémas numériques pour les modèles de turbulence statistiques en un point." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00553161.

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Abstract:

Les modèles de turbulence de type Navier-Stokes en moyenne de Reynolds (RANS) au premier ordre sont étudiés dans cette thèse. Ils sont constitués des équations de Navier-Stokes, auxquelles on adjoint un système d'équations de bilan pour des échelles scalaires caractéristiques de la turbulence. L'évaluation de celles-ci permet, grâce à une relation algébrique, de calculer une viscosité additionnelle dite "turbulente", modélisant la contribution de l'agitation turbulente dans les équations de Navier-Stokes. Les problèmes d'analyse numérique abordés se placent dans le contexte d'un algorithme à pas fractionnaire constitué d'une approximation, sur un maillage régulier, des équations de Navier-Stokes par éléments finis non-conformes de Crouzeix-Raviart, ainsi que d'un ensemble d'équations de bilan de la turbulence de type convection-diffusion, discrétisées par la méthode de volumes finis standard. Un schéma numérique basé sur une discrétisation de volumes finis, permettant de préserver la positivité des échelles turbulentes telles que l'énergie cinétique turbulente (k) et son taux de dissipation (ε), est ainsi proposé dans le cas des modèles k − ε standard, k − ε RNG et leur extension k − ε − v2 − f. La convergence du schéma numérique proposé est ensuite étudiée sur un problème modèle constitué des équations de Stokes incompressibles et d'une équation de convection-diffusion stationnaires, couplées par les viscosités et le terme de production turbulente. Il permet d'aborder la difficulté principale de l'analyse d'un tel problème : l'expression du terme de production turbulente amène à considérer, pour les équations de bilan de la turbulence, un problème de convection-diffusion avec second membre appartenant à L1. Enfin, afin d'aborder le problème instationnaire, on montre la convergence du schéma de volumes finis pour une équation de convection-diffusion modèle avec second membre appartenant à L1. Les estimations a priori de la solution et de sa dérivée en temps sont obtenues dans des normes discrètes dont les espaces correspondants ne sont pas duaux. Un résultat de compacité plus général que le théorème de Kolmogorov usuel, qui se pose comme un équivalent discret du Lemme d'Aubin-Simon, est alors proposé et permet de conclure à la convergence dans L1 d'une suite de solutions discrètes.

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Perrot, Yohann. "Etude, mise au point et validation de modèles de turbulence compressible." Phd thesis, INSA de Rouen, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00134262.

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Abstract:

Cette thèse étudie essentiellement des phénomènes touchant aux domaines aéronautique et spatial. Elle traite par simulations numériques des écoulements dans les tuyères de moteur-fusée, les écoulements d'arrière-corps d'avions, et les écoulements supersoniques en présence d'interactions onde de choc/couche limite. La motivation principale de ce travail a été de comprendre les différents facteurs qui gouvernent ces écoulements. Ce travail, soutenu par le groupe SNECMA, est consacré plus particulièrement à l'étude et à la modélisation des phénomènes en proche paroi en utilisant le code industriel N3S-Natur. L'objectif visé est d'améliorer les chaînes de conception et de développement industriels (RANS) et de développer de nouvelles méthodes de calcul (LES/DES) pour une meilleure maîtrise des systèmes énergétiques. Ainsi, les modèles mis au point dans cette étude ont été d'abord validés sur une variété d'écoulement simple (couche limite compressible, jet supersonique,...) avant d'être appliqués aux écoulements complexes (tuyères avec film de refroidissement, arrière-corps 3D, interaction visqueuse et décollement tridimensionnel). Une partie de l‘étude a été consacrée aux phénomènes transitoires d'amorçage rapide des tuyères propulsives. En ce qui concerne les aspects instationnaires, il a été montré, à travers l'étude d'une interaction onde de choc/couche limite, que la DES (Detached Eddy Simulation), tout comme la LES (Large Eddy Simulation), constitue un outil pertinent, permettant une prédiction fine des caractéristiques moyennes et fluctuantes des écoulements supersoniques décollés. Les résultats obtenus dans ce travail confirment la portée et l'intérêt scientifiques des études en aérodynamique supersonique.

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Debaty, Pascal. "Performances des modèles de turbulence au second ordre appliqués à des configurations axisymétriques simulées par éléments finis." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1994. http://www.theses.fr/1994ECDL0057.

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Abstract:

L'étude de la modélisation des phénomènes physiques régissant un écoulement turbulent incompressible est le principal objectif de ce travail. Les performances de divers modèles de turbulence en un point sont ici évaluées. Dans ce cadre d'approximation, le traitement statistique des équations de Naviers-Stokes engendre des moments inconnus d'ordre deux (tensions de Reynolds). Deux approches de ces moments sont envisagées: relations a des propriétés locales de l'écoulement (modèle k-), équations constitutives (modèles au second ordre) dont plusieurs termes nécessitent modélisation. En ce qui concerne les corrélations entre la pression et les déformations, le modèle quasi isotrope de Launder, Reece et Rodi, et le modèle d'isotropisation de la production sont ici utilisés. L'approche numérique repose sur une discrétisation en temps semi-implicite et sur une discrétisation en éléments finis de type p1/p1isop2. L'implémentation est réalisée en coordonnées cartésiennes bidimensionnelles et cylindriques. La géométrie est décomposée en éléments triangulaires. En outre, les zones de proche paroi sont traitées à l'aide de lois d'équilibre, dans lesquelles des effets de la viscosité laminaire sont ici intégrés. Les simulations de jets libres ou en impact sur paroi, d'une marche, d'un écoulement représentatif de l'admission dans un moteur mettent en évidence la supériorité de la modélisation au second ordre, bien qu'encore imparfaite, sur le modèle k-: meilleure description des mécanismes de production, de redistribution de l'énergie entre les tensions de Reynolds, des effets d'une paroi sur la turbulence cependant, la non universalité et quelques lacunes des modèles testés sont constatées. Ainsi, certaines fermetures peuvent être écartées. Des axes de recherche ou d'approfondissement de la modélisation de certains mécanismes physiques régissant la turbulence sont, de plus, définis.

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Uhlmann, Markus. "Etude de modèles de fermeture au second ordre et contribution à la résolution numérique des écoulements turbulents compressibles." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1997. http://www.theses.fr/1997ECDL0012.

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Abstract:

Ce travail de thèse contribue au développement d'une méthode de calcul des écoulements turbulents à haute vitesse. L'approche statistique à l'aide d'une fermeture au second ordre pour le tenseur de Reynolds est choisie. Nous étudions les modèles existants pour les effets de compressibilité, par rapport à la théorie de réalisabilité, et par l'évaluation directe en s'appuyant sur des données d'expérience et de dns. La partie hyperbolique, non-conservative du système d'équations (effets de convection et de production) est analysée en temps que problème de Riemann. Deux nouvelles méthodes de caractéristiques pour la résolution du système sont proposées et comparées à une technique de découplage utilisée dans la littérature. Nous montrons que les méthodes couplées permettent une meilleure prise en compte des ondes caractéristiques associées à ce système. Le calcul avec le système complet, dans le cas d'un écoulement homogène cisaillé, montre l'insuffisance des modèles actuels à prendre en compte l'effet combine des processus énergétiques et structurels de la compressibilité. Une modification du modèle pour la corrélation pression-déformation en fonction du nombre de mach de distorsion (ccm) permet une amélioration de la prédiction des composantes diagonales de l'anisotropie. Les prédictions du champ moyen pour des couches de mélange, jusqu'à une valeur du nombre de mach convectif de m#c = 0. 7, sont en accord satisfaisant avec l'expérience même dans le cas où les corrections de compressibilité ne sont pas utilisées. La correction structurelle (ccm) permet, elle, de capter de manière qualitative l'influence du nombre de mach sur l'anisotropie diagonale, observée dans l'expérience. Les calculs d'écoulements pariétaux à grande vitesse montrent l'avantage d'un modèle de transport pour les tensions turbulentes quand on s'intéresse à un champ de déformation complexe. Cependant, la méthode développée ici, utilisant une approche par lois de parois, reste limitée pour la représentation des zones décollées.

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Risso, Frédéric. "Déformation et rupture d'une bulle dans une turbulence diffusive." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT103H.

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Abstract:

L'objet de ce travail est l'etude de la deformation et de la rupture d'une bulle sous l'action de la turbulence du liquide qui l'environne. De maniere a isoler les effets de la turbulence de ceux du champ de vitesse moyenne, un dispositif experimental original a ete developpe: le jet axisymetrique confine en tube ferme. A une certaine distance du jet, une veine turbulente ou l'energie du mouvement moyen est negligeable et ou les echelles integrales spatiales sont constantes a ete obtenue. La turbulence se transporte elle-meme par diffusion, son energie decroissant lorsqu'on s'eloigne de la zone de production. L'exploration complete du champ de vitesse par anemometrie laser a permis d'en determiner les proprietes (decroissance exponentielle, affinite des moments statistiques) et de mettre en evidence des mecanismes originaux de transfert d'energie entre les tensions de reynolds. L'ensemble des resultats prouve que cet outil experimental est approprie a l'etude du role specifique de la turbulence. Les experiences diphasiques ont consiste a filmer le comportement de bulles isolees dans le champ turbulent. Elles ont ete conduites en condition de micropesanteur pour rliminer l'important glissement entre les phases du a la pesanteur. L'intensite de turbulence necessaire pour conduire a la rupture des bulles a ete estimee. Sa valeur permet de conclure que, dans la majorite des experiences conduites au sol, la turbulence n'est pas le phenomene preponderant pour la rupture. A partir du traitement des images, une etude de l'evolution temporelle des deformations de l'interface a ete effectuee. Elle a permis d'eclairer les roles respectifs de la turbulence et de la dynamique intrinseque de la bulle dans les processus de deformation et de rupture

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Berlemont, Alain. "Modélisation eulérienne et lagrangienne de la dispersion particulaire en écoulement turbulent." Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES028.

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Delhaye, Benoït. "Etude des flammes de diffusion turbulentes : simulations directes et modélisation." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0396.

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Abstract:

La simulation numérique directe est utilisée dans cette thèse pour étudier les flammes de diffusion turbulentes. Les simulations ont été réalisées dans deux configurations distinctes, une couche de mélange et un écoulement turbulent homogène et isotrope. L'objectif général de ce travail est l'étude détaillée des notions introduites par les modèles de flammelettes et en particulier par le modèle de flamme cohérente. Les résultats obtenus sur les taux de réaction le long du front de flamme et sur la densité de surface de flamme montrent qu'une modélisation fondée sur le concept de flamme cohérente est satisfaisante

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Lessinnes, Thomas. "Magnetohydrodynamic turbulence modelling: application to the dynamo effect." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2010. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210042.

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Abstract:

La magnétohydrodynamique (MHD) est la science et le formalisme qui décrivent les mouvements d'un fluide conducteur d'électricité. Il est possible que de tels mouvements donnent lieu à l'effet dynamo qui consiste en la génération d'un champ magnétique stable et de grande échelle. Ce phénomène est vraisemblablement à l'origine des champs magnétiques des planètes, des étoiles et des galaxies.

Il est surprenant qu'alors que les mouvements fluides à l'intérieur de ces objets célestes sont turbulents, les champs magnétiques généré soient de grande échelle spatiale et stables sur de longues périodes de temps. De plus, ils peuvent présenter une dynamique temporelle régulière comme c'est le cas pour le champ magnétique solaire dont la polarité s'inverse tous les onze ans.

Décrire et prédire les mouvements d'un fluide turbulent reste l'un des problèmes les plus difficiles de la mécanique classique.

%La description aussi bien analytique que numérique d'un fluide hautement turbulent est d'une effroyable complexité, si pas tout simplement impraticable. Dans cette situation,

Il est donc utile de construire des modèles aussi proches que possible du système de départ mais de moindre complexité de sorte que des études théoriques et numériques deviennent envisageables.

Deux approches ont été considérées ici. D'une part, nous avons développé des modèles présentant un très petit nombre de degrés de liberté (de l'ordre de la dizaine). Une étude analytique est alors possible. Ces modèles ont une dépendance en les paramètres physiques - nombres de Reynolds cinétique et magnétique et injection d'hélicité - qualitativement similaire aux dynamos célestes et expérimentales.

D'autre part, les modèles en couches permettent de caractériser les transferts d'énergie entre les structures de différentes tailles présentes au sein du champ de vitesse. Nous avons développé un nouveau formalisme qui permet d'étudier aussi les échanges avec le champ magnétique.

De plus, nous proposons une étude de la MHD dans le cadre de la décomposition hélicoïdale des champs solénoïdaux - une idée similaire à la décomposition de la lumière en composantes polarisées et que nous sommes les premiers à appliquer à la MHD. Nous avons montré comment exploiter cette approche pour déduire systématiquement des modèles simplifiés de la MHD. En particulier, nos méthodes multiplient le nombre de situations descriptibles par les modèles en couche comme par exemple le problème anisotrope de la turbulence en rotation. Elles permettent aussi de construire des modèles à basse dimension en calquant les résultats de simulations numériques directes. Ces modèles peuvent alors être étudiés à moindre coûts.

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Magnetohydrodynamics (MHD) is both the science and the formalism that describe the motion of an electro-conducting fluid. Such motion may yield the dynamo effect consisting in the spontaneous generation of a large scale stationary magnetic field. This phenomenon is most likely the reason behind the existence of planetary, stellar and galactic magnetic fields.

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Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Bel, Fdhila R'bei. "Analyse expérimentale et modélisation d'un écoulement vertical à bulles dans un élargissement brusque." Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT090H.

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Abstract:

Cette recherche concerne l'analyse physique et la modelisation des ecoulements diphasiques disperses. L'objectif general etait de definir et de tester un modele a deux fluides en vue de la predetermination d'ecoulements diphasiques en situations complexes. L'ecoulement eau-air a bulles, dans un elargissement brusque vertical a constitue le cas de base etudie. L'installation experimentale concue pour mener cette etude, comprend une conduite cylindrique verticale d'environ 14 m de hauteur avec un changement brusque de section de rapport 0,5, situe a 9 m de l'injection. L'utilisation de l'anemometrie a film chaud, apres mise au point du traitement adapte du signal diphasique, nous a permis d'acceder au champ cinematique moyen et aux composantes du tenseur de reynolds de la phase continue. La distribution locale du taux de presence du gaz est obtenue au moyen d'une sonde a fibre optique. A partir des mesures de champ cinematique moyen et fluctuant et des equations de bilan, on a determine les forces interfaciales moyennes telles qu'elles apparaissent dans les modeles a 2 fluides. Le role important des termes non lineaires lies aux champs fluctuants des deux phases est ainsi mis en evidence et on montre qu'une bonne predetermination de la distribution du taux de vide et de la turbulence exige de prendre en compte l'influence de ces termes. Ces conclusions sont confirmees par une etude theorique et numerique qui s'appuie sur l'utilisation du code de calcul a deux fluides melodif developpe au laboratoire national d'hydraulique. Une analyse theorique sur la formulation des termes interfaciaux a ete developpee en portant une attention particuliere a la modelisation des composantes non lineaires turbulentes, les modifications apportees concernent l'effet de la force de pression et de la dispersion des inclusions. Dans cette nouvelle version, la code melodif s'avere beaucoup plus performant pour la predetermination du taux de vide

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Gilson, Jean-Louis. "Structures singulières et intermittence dans les modèles en couches de la turbulence." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://www.theses.fr/1996GRE10171.

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Abstract:

Cette these vise a decrire l'intermittence des modeles en couches, a partir d'ingredients de leur dynamique elementaire. Nous etudions en parallele deux modeles, l'un du a obukhov et novikov (on), l'autre plus populaire recemment du a gledzer ohkitani et yamada (goy). Le premier chapitre est introductif ; on y decrit en particulier, les origines de la modelisation adoptee. Le second presente les proprietes generales de ces systemes (bifurcations, statistique. . . ). Une methode d'integration adaptative, exposee au troisieme chapitre, nous permet de decrire la formation generique de solutions, singulieres et autosimilaires, aux equations inviscides des deux modeles. Les non-linearites selectionnent une valeur unique de l'exposant d'echelle. Lorsqu'elles sont suffisament singulieres (cas du modele on), de telles solutions decrivent correctement les fluctuations les plus intenses de la dynamique en presence de forcage et de dissipation. En revanche, dans le cas du modele goy, une physique plus riche apparait. Le quatrieme chapitre tente alors de decrire la multi-fractalite observee a partir des interactions entre un milieu turbulent moyen et les objets coherents introduits plus haut. Des simulations directes, nous permettent de decrire d'une part les consequences de collisions entre un objet ideal et un defaut, et d'autre part la formation des fluctuations les plus singulieres du vrai signal. Nous modelisons egalement le milieu turbulent par un forcage aleatoire gaussien decorrele en temps avec pour la variance differentes hypotheses physiques. Par un calcul analytique d'instantons, nous predisons la disparition de la multifractalite dans la limite d'un nombre de reynolds infini

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Daumont, Isabelle. "Ordre et désordre dans les modèles en couches de la turbulence hydrodynamique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10228.

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Abstract:

Le cadre simplifie des modeles en couches permet d'etudier le lien entre les proprietes statistiques des ecoulements turbulents et la presence de structures qui transportent l'activite energetique de maniere coherente des grandes vers les petites echelles. L'idee directrice est que ces structures correspondent a des fluctuations privilegiees dans l'espace configurationnel. On commence par rappeler les proprietes de la dynamique deterministe du modele goy et les donnees statistiques realisees sur l'enregistrement des pics du flux d'energie. Puis en parametrisant l'action des fluctuations des petites echelles comme un bruit blanc gaussien de faible largeur, nous menons a bien une analyse semi-classique de l'equation stochastique ainsi obtenue, au moyen d'un algorithme original. Les solutions singulieres et auto-similaires reproduisent la multifractalite du probleme de depart, ainsi que la forme de la distribution de probabilite associee aux objets coherents et un accord quantitatif est atteint pour un domaine de couches proches de celle ou la dissipation equilibre les effets-non lineaires. Nous approfondissons notre comprehension des mecanismes conduisant a l'intermittence en modelisant la hierarchie des phenomenes de duplication des pics d'activite en degageant une structure effective d'arbre dans l'espace des echelles et des temps, compatible avec les statistiques du modele goy. Enfin nous generalisons notre premiere approche au probleme de l'advection d'un scalaire passif par un champ de vitesse stochastique. Par comparaison avec les simulations numeriques directes, nous montrons que les structures que nous avons identifiees gouvernent le comportement en lois d'echelle des moments d'ordre eleve du scalaire.

Dissertations / Theses on the topic 'Modèles de turbulence anisotropes'

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