Dissertations / Theses: 'Modélisation des écoulements multiphasiques'

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Krimi, Abdelkader. "Modélisation des écoulements fluide multiphasiques avec une approche SPH." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0004/document.

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Abstract:

La méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est une méthode lagrangienne, sans maillage développée initialement pour des simulations de phénomènes astrophysiques. Depuis, elle a connu de nombreuses applications, notamment pour la simulation des écoulements des fluides. Contrairement aux méthodes utilisant un maillage, la méthode SPH peut gérer de manière naturelle et sans traitement spécifique les simulations des écoulements à sur- face libre et multiphasiques avec interface subissant de grandes déformations. Dans cette thèse, une modélisation SPH des écoulements des fluides multiphasiques a été réalisée en tenant compte de différentes complexités (écoulements à surface libre et multiphasiques interfacials) et de natures d'écoulement (si- mulation des fluides, des sols et les deux en interactions). Un modèle SPH faiblement compressible (WCSPH) a été proposé pour simuler les écoulements des fluides multiphasiques avec interface comprenant plus de deux phases de fluide. Ce modèle inclut le développement d’une nouvelle formulation de force de tension de surface en utilisant un opérateur SPH consistant de premier ordre. Une modification de condition généralisée aux parois solides a été apportée pour qu’elle soit appliquée sur les écoulements des fluides multiphasiques avec des rapports de densité et de viscosité élevés. Une nouvelle loi de comportement dépendant de la pression nommée RBMC-αμ ( Regularized Bingham Mohr Coulomb où αμ est un paramètre libre) a également été développée. Cette loi peut simuler les fluides (Newtonien, Binghamien), les sols (cohésif, frictionnel) et les deux en interactions. La loi précédente étant sensible à la pression, une extension du terme diffusif δ-SPH a été faite pour le cas des écoulements des fluides multiphasiques afin de réduire les oscillations de pression à haute fréquence qui sont dues à l’utilisation d’une équation d’état. La validation et l’application des modèles développés dans cette thèse sont montrées à travers plusieurs cas tests de difficulté croissante
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian gridless method developed initially to simulate astrophysical phenomena, and since it has been known for a large number of applications, especially for fluid flow simulations. Contrary to the grid-based method, the SPH method can handle free surface and interfacial fluid flow simulation including large deformations naturally and without the need for any specific treatment. In this thesis a SPH modeling of multiphase fluid flows has been achieved with consideration of different complexities ( free surface and interfacial fluid flows) and natures (simulation of fluids, soil and both in interactions). A consistent weakly compressible SPH model (WCSPH) has been proposed to simulate interfacial multiphase fluid flows with more than two fluid phases. This model includes a new expression of the surface tension force using a first order consistency SPH operator. A modification to the well known generalized wall boundary condition have been brought in order to be applied to multiphase fluid flow with large density and viscosity ratios. A new pressure-based constitutive law named RBMC-αμ (Regularized Bingham Mohr Coulomb with αμ is free parameter) has been developed in this thesis. This model can simulate fluids (Newtonian, Binghamton), soils (cohesive, frictional) and both in interactions. Because the previous model is pressure sensitive, an extension of δ-SPH diffusive term has been proposed for multiphase fluid flows to overcome the hight frequency pressure oscillations due to the determination of pressure from an equation of state. The validation and application of the developed models have been shown in this thesis through several test-cases of increasing difficulty

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Mecherbet, Amina. "Modélisation des fluides multiphasiques." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS036.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation et l'analyse mathématique de certains problèmes liés aux écoulements en suspension. Le premier chapitre concerne la justification du modèle de type transport-Stokes pour la sédimentation de particules sphériques dans un fluide de Stokes où l'inertie des particules est négligée et leur rotation est prise en compte. Ce travail est une extension des résultats antérieurs pour un ensemble plus général de configurations de particules. Le deuxième chapitre concerne la sédimentation d'une distribution d'amas de paires de particules dans un fluide de Stokes. Le modèle dérivé est une équation de transport-Stokes décrivant l'évolution de la position et l'orientation des amas. Nous nous intéressons par la suite au cas où l'orientation des amas est initialement corrélée aux positions. Un résultat d'existence locale et d'unicité pour le modèle dérivé est présenté. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à la dérivation d'un modèle de type fluide-cinétique pour l'évolution d'un aérosol dans les voies respiratoires. Ce modèle prend en compte la variation du rayon des particules et leur température due à l'échange d'humidité entre l'aérosol et l'air ambiant. Les équations décrivant le mouvement de l'aérosol est une équation de type Vlasov-Navier Stokes couplée avec des équations d'advection diffusion pour l'évolution de la température et la vapeur d'eau dans l'air ambiant. Le dernier chapitre traite de l'analyse mathématique de l'équation de transport-Stokes dérivée au premier chapitre. Nous présentons un résultat d'existence et d'unicité globale pour des densités initiales de type L¹∩L^∞ ayant un moment d'ordre un fini. Nous nous intéressons ensuite à des densités initiales de type fonction caractéristique d'une gouttelette et montrons un résultat d'existence locale et d'unicité d'une paramétrisation régulière de la surface de la gouttelette. Enfin, nous présentons des simulations numériques montrant l'aspect instable de la gouttelette
This thesis is devoted to the modelling and mathematical analysis of some aspects of suspension flows.The first chapter concerns the justification of the transport-Stokes equation describing the sedimentation of spherical rigid particles in a Stokes flow where particles rotation is taken into account and inertia is neglected. This work is an extension of former results for a more general set of particles configurations.The second chapter is dedicated to the sedimentation of clusters of particle pairs in a Stokes flow. The derived model is a transport-Stokes equation describing the time evolution of the position and orientation of the cluster. We also investigate the case where the orientation of the cluster is initially correlated to its position. A local existence and uniqueness result for the limit model is provided.In the third chapter, we propose a coupled fluid-kinetic model taking into accountthe radius growth of aerosol particles due to humidity in the respiratory system. We aim to numerically investigate the impact of hygroscopic effects onthe particle behaviour. The air flow is described by the incompressibleNavier-Stokes equations, and the aerosol by a Vlasov-type equation involving the air humidity and temperature, both quantities satisfying a convection-diffusion equation with a source term.The last chapter is dedicated to the analysis of the transport-Stokes equation derived in the first chapter. First we present a global existence and uniqueness result for L¹∩L^∞ initial densities with finite first moment. Secondly, we consider the case where the initial data is the characteristic function of a droplet. We present a local existence and uniqueness result for a regular parametrization of the droplet surface. Finally, we provide some numerical computations that show the regularity breakup of the droplet

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Barberon, Thomas. "Modélisation mathématique et numérique de la cavitation dans les écoulements multiphasiques compressibles." Toulon, 2002. http://www.theses.fr/2002TOUL0015.

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Szewc, Kamil. "Développement d'une approche particulaire de type SPH pour la modélisation des écoulements multiphasiques avec interfaces variables." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0328/document.

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Abstract:

L'approche Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est une méthode de calcul pour simuler des écoulements fluides avec une méthode Lagrangienne de type suivi de particules. A l'inverse des méthodes Euleriennes, ce type d'approche ne nécessite pas de maillage. C'est là l'un des atouts majeurs de l'approche SPH puisqu'elle permet de s'affranchir des méthodes de suivi d'interfaces couramment utilisées dans les approches Euléeriennes (par exemple Volume-of-Fluid, Level-Set ou Front-Tracking). L'approche SPH est donc de plus en plus utilisée dans les domaines de l'hydro-ingénierie et de la géophysique notamment de part le traitement naturel des écoulements à surface libre dans la méthode SPH. Cependant, l'approche SPH n'est utilisée que depuis peu pour simuler des écoulements multiphasiques complexes et de nombreux problèmes restent en suspens, notamment concernant une formulation adéquate ou le micro-mélange aux interfaces. L'un des principaux enjeux de ces travaux de thèse est d'analyser de façon objective les différentes approches de type SPH existantes et d'évaluer leur capacité à simuler des écoulements multiphasiques complexes. Ainsi, la modélisation des phénomènes liés à la tension de surface a été réalisée et validée via l'utilisation de techniques de type Continuum Surface Force. Les phénomènes de convection naturelle ont quant à eux été modélisés grâce à une nouvelle formulation plus générale (non-Boussinesq). Une partie de ces travaux est dédiée à l'étude des problèmes de micro-mélange aux interfaces: les effets indésirables (notamment la fragmentation de l'interface) sont analysés et des solutions sont proposées. Une autre part de travail porte sur la modélisation des mouvements ascendants de bulles dans des liquides, avec l'inclusion des interactions entre bulles. Des simulations SPH ont été réalisées pour différents régimes d'écoulement, chacun d'eux correspondant à un ratio spécifique entre la tension de surface, la viscosité et la flottabilité. Les prédictions numériques de la topographie des bulles, de leur vitesse ainsi que de leur coefficient de trainée ont été validées. Pour ce faire, les résultats numériques ont été comparés non seulement aux données expérimentales de référence mais également à d'autres simulations numériques de bulles ascendantes. Dans ces travaux de thèse, une étude détaillée des concepts liés aux contraintes d'incompressibilité a été réalisée. Dans cet objectif, deux traitements différents ont été comparés: l'approche faiblement compressible (où une équation d'état adéquate est choisie) et l'approche incompressible (où une projection des champs de vitesse sur un espace sans divergence est réalisée de deux facons différentes). La pertinence de ces modèles pour des simulations d'écoulements multiphasiques est également évaluée. Les problèmes associés aux paramètres numériques sont discutés et un choix approprié de ces paramètres est proposé. Pour ce faire, de nombreux calculs de validation en deux et trois dimensions ont été réalisés. Enfin, une extension est proposée pour simuler les phénomènes liés à l'ébullition via une approche SPH. Ce sujet étant encore en friche, de nouvelles idées et schémas sont proposés pour le changement de phase liquide-vapeur dans l'approche SPH
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a fully Lagrangian, particle based approach for fluid-flow simulations. One of its advantages over Eulerian techniques is no need of a numerical grid. Therefore, there is no necessity to handle the interface shape as it is done in Volume-of-Fluid, Lavel-Set or Front-Tracking methods. Thus, the SPH approach is increasingly used for hydro-engineering and geophysical applications involving free-surface flows where the natural treatment of evolving interfaces makes it an attractive method. However, for real-life multi-phase simulations this method has only started to be considered and many problems like a proper formulation or a spurious fragmentation of the interface remain to be solved. One of the aims of this work is to critically analyse the existing SPH variants and assess their suitability for complex multi-phase problems. For modelling the surface-tension phenomena the Continuum Surface Force (CSF) methods are validated and used. The natural convection phenomena are modeled using a new, more general formulation, beyond the Boussinesq approximation. A substantial part of the work is devoted to the problem of a spurious fragmentation of the interface (the micro-mixing of SPH particles). Its negative effects and possible remedies are extensively discussed and a new variant is proposed. Contrary to general opinion, it is proven that the micro-mixing is not only the problem of flows with neglegible surface tension. A significant part of this work is devoted to the modelling of bubbles rising through liquids, including bubble-bubble interactions. The SPH simulations were performed for several flow regimes corresponding to different relative importance of surface tension, viscosity and buoyancy effects. The predicted topological changes, bubble terminal velocity and drag coefficients were validated with respect to reference experimental data and compared to other numerical methods. In the work, fundamental concepts of assuring the incompressibility constraint in SPH are also recalled. An important part of work is a thorough comparison of two different incompressibility treatments: the weakly compressible approach, where a suitably chosen equation of state is used, and truly incompressible method (in two basic variants), where the velocity field is projected onto a divergence-free space. Their usefulness for multi-phase modelling is discussed. Problems associated with the numerical setup are investigated, and an optimal choice of the computational parameters is proposed and verified. For these purposes the study is supported by many two- and three-dimensional validation cases. In addition, the present work opens new perspectives to future simulations of boiling phenomena using the SPH method. First ideas and sketches for the implementation of the liquid-vapour phase change are presented

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Marois, Gentien. "Modélisation eulérienne de l'interaction d'un brouillard avec un choc en régime supersonique." Thesis, Toulouse, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAT0045/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’interaction d'un brouillard avec un choc en régime supersonique. L’approche eulérienne a été utilisée car elle est particulièrement adaptée aux machines fortement parallèles. Un module nommé SDFS (Supersonic Dilute Flow Solver), permettant de modéliser le comportement du brouillard, a été créé et validé au sein d’un code d’aérodynamique du CEA. Les travaux ont porté sur trois aspects de la modélisation numérique. Premièrement, l’étude et la création de nouveaux modèles. Deuxièmement, l’implémentation numérique et la validation sur des cas académiques de référence. Enfin, la confrontation entre les résultats numériques et des données expérimentales issues de la littérature
In this thesis we focus on the interaction between a supersonic dilute flow and a detached shock. The Eulerian approach has been chosen because it is particularly adapted to parallel computing. A program named SDFS (Supersonic Dilute Flow Solver), was created and validated in a CEA aerodynamic code. Three aspects of the computational simulation have been studied. First the study and creation of new models. Then the numerical implementation and the validation through academic reference cases. Finally, the comparison between numerical results and experimental data

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Le, maout Vincent. "Modélisation d'écoulements multiphasiques de fluides viscoélastiques en milieux poreux." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0161.

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Abstract:

Les écoulements multiphasiques viscoélastiques en milieux poreux sont au centre de nombreuses recherches fondamentales et appliquées. Initiés par l’industrie pétrolière, leur développement s’étend aujourd’hui sur un large éventail de domaines tels que le génie civil, les géosciences, les matériaux composites et plus récemment les sciences de la vie. La formulation mathématique de ces problèmes repose généralement sur des équations gouvernantes formulées directement à l’échelle macroscopique, ou dérivées par changement d’échelle à partir des relations microscopiques. Généralement, la seconde approche est privilégiée, car elle permet d’établir une connexion claire entre les différentes échelles de description du milieu poreux et d’identifier les hypothèses res-trictives nécessaires à la formulation du problème. Cependant, lorsque le changement d’échelle est effectué, de nombreux paramètres restent encore à caractériser, et des conditions de fermeture supplémentaires sont à consi-dérer afin d’obtenir un système mathématique fermé. Pour les écoulements d’intérêt, présentant à la fois un caractère multiphasique et viscoélastique, la prise en compte des relations macroscopiques empiriques usuelles peut être trop imprécise pour rendre compte correctement de la physique sous-jacente, et peu de données expé-rimentales permettent de renseigner les paramètres manquants à l’échelle du milieu poreux.Une solution à ce problème consiste à modéliser numériquement les écoulements directement à l’échelle micros-copique afin de retrouver les grandeurs manquantes par des expériences de microfluidique in silico. Dans ces travaux de thèse, une formulation mathématique d’écoulement multiphasique viscoélastique a ainsi été dérivée à l’échelle du pore pour deux applications d’intérêt : la modélisation de la récupération améliorée du pétrole et la croissance tumorale. La dérivation d’un modèle unique pour ces deux applications utilise les lois de conservation de grandeurs extensives à l’échelle microscopiques considérées lors des opérations de changement d’échelle. La formulation résultante permet une description multiphasique à travers une méthode d’interface diffuse et la prise en compte de la viscoélasticité des phases est modélisée par une loi constitutive d’Oldroyd-B. Le modèle mathématique, implémenté dans un code éléments finis, permet d’étudier comment la rhéologie viscoélastique des solutions de polymère peut être utilisée afin d’améliorer la mobilisation du pétrole à l’échelle du pore lors d’opérations de récupération tertiaire. L’influence de la viscoélasticité sur les résultats numériques obtenus, tout comme l’efficacité du procédé, est comparée aux résultats expérimentaux existant de la littérature. Dans un second temps, le modèle mathématique a été spécialisé pour simuler la croissance d’agrégats de cellules cancéreuses de quelques centaines de microns. L’analogie entre les tissus biologiques et les fluides viscoélastiques est courante pour des fins de modélisations mathématiques depuis les travaux de Steinberg sur la dynamique des tissus vivants. Dans cette thèse, cette similarité est utilisée afin d’étudier le comportement d’agrégats tumoraux dans différents environnements. La formulation biomécanique du problème permet de simuler le comportement de populations cellulaires soumises à des chargements mécaniques externes, qui montrent une modulation de leur vitesse de croissance selon l’état de contrainte du milieu. L’utilisation du modèle mathématique dans ce contexte permet d’isoler les effets mécaniques des effets biologiques sur le régime de croissance, et propose des explications originales sur l’évolution d’agrégats tumoraux en milieux confinés. Enfin, les capacités prédictives de la formulation sur plusieurs expériences in vitro permettent d’illustrer la pertinence de l’utilisation de modèles d’écoulements multiphasiques viscoélastiques pour les problèmes de croissances tumorales
Viscoelastic multiphase flows in porous media are at the crossroad of many engineering sciences. Initiated with petroleum industry, their range of application is now extended to many additional areas, such as civil engineer-ing, geotechnics, composite impregnation and more recently life sciences. Mathematical formulations of these problems often rely on governing equations formulated directly at the macroscale, or are derived from micro-scopic considerations using upscaling technics. Generally, the second approach is prefered as it permits to estab-lish a clear connection between the scales of the porous media and to identify the restraining hypothesis neces-sary to the formulation of the equation system. However, when upscaling is performed, many unknown parameters remain to obtain a close set of equations, and additional closure relationships must be considered in order to find a solvable formulation. For the flows of interest, exhibiting multiphasic and viscoelastic properties, the usual macroscale empirical relations may be too inaccurate to capture relevantly the influence of underlying physics at play, and few experimental data allow characterising the missing parameters.A solution to this problem consists in performing numerical simulations at the microscale to extract missing information about media properties through microfluidic experiments in silico. To achieve this multi-scale modelling strategy, a pore scale model has been derived in this thesis for two applications of interest: improved oil recovery and tumor growth. The derivation of a unique model for these applications makes use of conservation equations at the microscale considered during upscaling operations. The obtained formulation allows a multiphase flow description by means of a phase-field method and the viscoelasticity of phases is introduced through the Oldroyd-B constitutive equation. The resulting mathematical model, implemented in a finite element code, permits to study in what extents the introduction of the polymer solution viscoelastic rheology during enhanced recovery process improves the mobilization of oil at pore scale. The influence of viscoelasticity on numerical solutions, as well as sweep efficiency of the medium, is compared to literature experimental results. On other hand, the mathematical model has been specialised to simulate the growth of a few hundred microns wide tumor aggregates. Since the precursor works of Steinberg the viscoelastic fluids analogy for cells aggregate is increasingly used for mathematical modelling. In this thesis, this similarity allows to study numerically the evolution of tumor aggregates in various environments. The biomechanical formulation of the problem permits to simulate cells population behaviour under mechanical load, which affects the growth rate according to the constraints in the system. In this context, the mathematical model is used to separate mechanical from biological effects, and provide original explanations on tumor growth in confined environment. The predictive capacity of the model on in vitro experiments shows the relevance of the viscoelastic multiphase flow for the tumor growth description

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Abchir, Chakib. "Modélisation des écoulements dans les réservoirs souterrains avec prise en compte des interactions puits / réservoir (modélisation, simulation, étude mathématique)." Saint-Etienne, 1992. http://www.theses.fr/1992STET4010.

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Abstract:

La modélisation des puits dans les simulations d'écoulements dans les réservoirs souterrains permet de mieux représenter le comportement des fluides dans le puits lui-même ainsi que les interactions entre le puits et le réservoir. On a donc proposé un modèle qui régit l'écoulement monophasique ou diphasique dans le puits et que l'on a couplé aux équations régissant l'écoulement dans le milieu poreux situé à proximité du puits. Cette modélisation prend en compte les termes de frottements, d'inertie et permet de simuler le régime transitoire dans le puits. Ensuite, ce modèle local a été intégré dans un simulateur industriel par la méthode de décomposition de domaines ce qui a permis de simuler les situations physiques qui jusqu'à présent ne pouvaient pas être prises en compte dans les codes industriels

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Di, Meglio Florent. "Production de pétrole : étude dynamique et contrôle des écoulements à bouchons." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00617949.

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Abstract:

Le slugging (ou écoulement à bouchons) est un régime d'écoulement polyphasique indésirable apparaissant sur les systèmes de production de pétrole. Dans ce manuscrit, nous étudions la dynamique de ce phénomène intermittent dans le but de le supprimer par actionnement automatique de la vanne de sortie. Nous proposons des solutions de contrôle applicables dans une vaste gamme de situations industrielles. Après une analyse quantitative des propriétés physiques du slugging, nous proposons un modèle à paramètres distribués d'écoulement diphasique (gaz-liquide) reproduisant ce phénomène. Le modèle prend la forme d'un système hyperbolique de lois de conservation, pour lequel nous proposons un schéma de résolution numérique. De plus, nous procédons à une analyse de stabilité via la construction d'une fonction de Lyapunov de contrôle stricte pour le problème aux deux bouts avec condition initiale. Ensuite, nous présentons un modèle de dimension finie capable de reproduire les oscillations de pression et de débit qui caractérisent le slugging. Après une analyse des propriétés dynamiques de ce système, nous décrivons comment calibrer les paramètres du modèle afin que son comportement corresponde à celui d'un système donné. Enfin, nous proposons des lois de contrôle sous la forme de boucles de rétroaction, basées sur l'analyse du modèle réduit, dans deux situations industrielles distinctes : selon qu'un capteur de pression de fond est disponible ou non. Les performances de ces solutions sont comparées avec les méthodes correspondant à l'état de l'art dans chaque situation. La conclusion de cette étude est qu'il n'est pas systématiquement nécessaire de disposer d'un capteur de pression de fond pour stabiliser l'écoulement. Quand un tel capteur est disponible, la loi de contrôle que nous proposons possède de meilleures propriétés de stabilisation que les méthodes communément utilisées dans l'industrie, ce qui, lors du passage à l'échelle, devrait se traduire par une augmentation de la production de pétrole.

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Braconnier, Benjamin. "Modélisation numérique d'écoulements multiphasiques pour des fluides compressibles, non miscibles et soumis aux effets capillaires." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13381.

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Abstract:

Ce travail porte sur la modélisation numérique d'écoulement faisant intervenir plusieurs fluides faiblement ou fortement compressibles. Les applications concernent les écoulements à poches pour lesquels les fluides sont séparés d'interfaces et les écoulements dispersés pour lesquels les interfaces, trop nombreuses, ne peuvent être décrites. L'objectif est de développer des méthodes numériques traitant indifféremment ces deux classes d'écoulement. Dans ce contexte, nous considérons des modèles d'interfaces diffuses. L'interface n'est pas déterminée de manière explicite, elle est modélisée à l'aide d'une zone de mélange artificielle permettant de respecter les échanges qui y ont lieu. En particulier, les effets capillaires seront reformulés à l'aide d'une force volumique suivant la méthode CSF. Une difficulté majeure dans ce travail est liée à la nécessité de résoudre des systèmes hyperboliques non conservatifs. Leurs résolution sera approchée et basée sur des solveurs hyperconsistants. Nous exposerons également une technique originale de préconditionnement pour les régimes faible Mach et une formulation implicite des méthodes. Des expériences numériques avec des physiques variées seront proposées : des remontées de bulle, des interactions choc bulle et la chute d'une goutte d'eau.

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Franquet, Erwin. "Modélisation eulérienne d'écoulements multiphasiques en présence d'ondes de chocs, de détonations et d'interfaces matérielles. Application aux matériaux énergétiques nanostructurés." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11026.

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Abstract:

L’étude des matériaux énergétiques hétérogènes soulève des difficultés majeures de plusieurs ordres : Quelle est la dynamique des ondes de choc et de détonation dans ces milieux ? Quel est l’analogue des conditions de Chapman Jouguet pour les détonations dans les milieux hétérogènes ? Comment modéliser les effets réactifs et les autres transferts dans ces écoulements ? Comment intégrer numériquement les systèmes hyperboliques non conservatifs correspondants ? Quelles sont les particularités des nanomatériaux pour ces écoulements ? Sur la base de récentes relations de choc pour les milieux multiphasiques à forte relaxation mécanique, un modèle d’écoulement est établi dans le cas diphasique, puis multiphasique, en présence d’échanges de chaleur et de transferts de masse. On introduit ensuite des effets capillaires pour traduire l’excès d’énergie des matériaux nanostructurés. Le modèle obtenu permet la détermination de la structure interne et l’analogue des conditions Chapman-Jouguet pour les détonations multiphasiques. Un nouveau type de schéma numérique est aussi construit afin d’intégrer le système d’équations précédent. Basé sur un processus de relaxation mécanique dans chaque cellule de calcul, il ne suppose plus l’équilibre des températures dans la maille comme le fait usuellement la méthode de Godunov appliquée aux équations d’Euler. La nouvelle méthode de relaxation est étendue au système multiphasique et permet le traitement de problèmes à interfaces, de chocs et de détonations en plusieurs dimensions d’espace
Study of heterogeneous energetic materials raises major difficulties: What is the dynamics of shock waves and detonation waves in such media? What is the analogous of the Chapman-Jouguet conditions for detonations in heterogeneous mixtures? How to introduce reactive effects and other exchanges in such flows? How to compute the non conservative hyperbolic equations systems associated with these flows? What are the characteristics of the nanomaterials? Thanks to new shock relations for multiphase mixtures with stiff mechanical relaxation, a flow model is established with heat exchanges and mass transfers in the case of two phases and then for an arbitrary number of phases. Next, capillary effects are introduced to be the expression of additional energy of nanostructured materials. The model finally permits to compute the structure and the analogous of the Chapman-Jouguet conditions for multiphase detonations. A new kind of numerical schemes is also built to compute the previous model. Based on a relaxation process in each computational cell, it does not suppose temperatures equilibrium in the cell as it is usually done with the Godunov method for Euler equations. The new method is then extended to multiphase flow model and is shown to allow computation of interface problems, shock waves and detonation waves in several dimensions

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Ville, Laurence. "Modélisation multiphasique et calcul d'interface dans les procédés de mise en œuvre des propergols." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00677696.

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Abstract:

La motivation principale de cette thèse était de pouvoir simuler numériquement les procédés de mise en œuvre des propergols, comme le mélange et le remplissage de Booster. La viscosité de ce type de fluide implique durant la phase de remplissage l'apparition d'oscillations toroïdales caractéristiques du phénomène appelé Fluid Buckling. Ce phénomène est particulièrement difficile à représenter numériquement car l'interface entre le fluide et l'air présente une surface libre dont la complexité augmente avec le temps. C'est pourquoi, c'est cet exemple qui a été choisi pour valider l'efficacité d'une méthode numérique de représentation des surfaces libres. Nous avons pour cela choisit d'implémenter dans la librairie de calcul CimLib une méthode de type Level Set. Celle-ci a pour particularité d'effectuer l'étape de convection et l'étape de réinitialisation, indispensables à ce type de résolution, simultanément. De plus, la fonction distance a été tronquée aux alentours de l'interface à l'aide d'une fonction sinus, obtenant ainsi une fonction niveau sinusoïdale auto-déterminante. La résolution est stabilisée à l'aide d'une méthode de type SUPG. L'implémentation finale de la méthode est facilitée puisque le problème est réduit à une unique équation de convection d'une fonction Level Set Locale. Après une série de tests classiques de validation de méthode de surface libre, notre méthode a donc été validée en 2 et 3 Dimensions en simulant l'apparition du Fluid Buckling. La méthode a ensuite été implémentée dans les deux logiciels de simulation et validée sur des cas tests industriels prédéfinis de remplissage et de mélange. Les défauts obtenus numériquement correspondent à ceux attendus expérimentalement. La méthode est aujourd'hui utilisée pour simuler de nombreux autres procédés et a montré sa robustesse particulièrement dans des procédés multifluides. Afin d'optimiser la visualisation des défauts d'interfaces et de diminuer les temps de calcul, on peut envisager comme suite de ces travaux de recherche l'adaptation du maillage à proximité de l'interface et du pas de temps, le tout de façon automatique.

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Ville, Laurence. "Modélisation multiphasique et calcul d'interface dans les procédés de mise en œuvre des propergols." Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. https://pastel.hal.science/pastel-00677696.

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Abstract:

La motivation principale de cette thèse était de pouvoir simuler numériquement les procédés de mise en œuvre des propergols, comme le mélange et le remplissage de Booster. La viscosité de ce type de fluide implique durant la phase de remplissage l'apparition d'oscillations toroïdales caractéristiques du phénomène appelé Fluid Buckling. Ce phénomène est particulièrement difficile à représenter numériquement car l'interface entre le fluide et l'air présente une surface libre dont la complexité augmente avec le temps. C'est pourquoi, c'est cet exemple qui a été choisi pour valider l'efficacité d'une méthode numerique de représentation des surfaces libres. Nous avons pour cela choisit d'implémenter dans la librairie de calcul CimLib une méthode de type Level Set. Celle-ci a pour particularité d'effectuer l'étape de convection et l'étape de réinitialisation, indispensables à ce type de résolution, simultanément. De plus, la fonction distance a été tronquée aux alentours de l'interface à l'aide d'une fonction sinus, obtenant ainsi une fonction niveau sinusoïdale auto-déterminante. La résolution est stabilisée à l'aide d'une méthode de type SUPG. L'implémentation finale de la méthode est facilitée puisque le problème est réduit à une unique équation de convection d'une fonction Level Set Locale. Après une série de tests classiques de validation de méthode de surface libre, notre méthode a donc été validée en 2 et 3 Dimensions en simulant l'apparition du Fluid Buckling. La méthode a ensuite été implémentée dans les deux logiciels de simulation et validée sur des cas tests industriels prédéfinis de remplissage et de mélange. Les défauts obtenus numériquement correspondent à ceux attendus expérimentalement. La méthode est aujourd'hui utilisée pour simuler de nombreux autres procédés et a montré sa robustesse particulièrement dans des procédés multifluides. Afin d'optimiser la visualisation des défauts d'interfaces et de diminuer les temps de calcul, on peut envisager comme suite de ces travaux de recherche l'adaptation du maillage à proximité de l'interface et du pas de temps, le tout de façon automatique
Improving the determination of the fluid/air interface evolution, we propose an adaptation of a Level Set method. Indeed, we avoid the reinitialization stage by including it in a transport equation model. Moreover a smooth truncation of the distance function by using a sinus filter is proposed. We stabilise the discretization scheme by using a SUPG method. The convected Level Set method created is easily implementable and shows good results as expected. In order to underline the advantages, we present numerical results on classical interface capturing benchmarks. Fluid Buckling is a phenomenon consisting in torroidal oscillations. This phenomenon appears when a high viscosity fluid flows vertically against a flat surface. This phenomenon may occur in industrial situations, like the injection molding of propergol in complex-shaped cavities. These coiling or folding oscillations appeared during the mold filling stage lead to air entrapment. To understand and control this flaw, we use our Convected Level Set method to simulate two-dimensional and three dimensional viscous jet buckling

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Laenen, François. "Modulation de mélange, transport et turbulence dans des suspensions solides : étude et modélisation." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4010/document.

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Abstract:

Le transport de particules par des écoulements turbulents est un phénomène présent dans de nombreux écoulements naturels et industriels, tels que la dispersion de polluants dans l'atmosphère ou du phytoplancton et plastiques dans et à la surface des océans. Les modèles prédictifs classiques ne peuvent prévoir avec précision la formation de larges fluctuations de concentrations. La première partie de cette thèse concerne une étude de la dispersion turbulente de traceurs émis à partir d'une source ponctuelle et continue. Les fluctuations spatiales de masse sont déterminées en fonction de la distance à la source et à l'échelle d'observation. La combinaison de plusieurs phénomènes physiques à l'origine du mélange limite la validité d'une caractérisation de géométrie fractale. Une approche alternative est proposée, permettant d'interpréter les fluctuations massiques en terme des différents régimes de séparation de pair dans des écoulements turbulents. La seconde partie concerne des particules ayant une inertie finie, dont la dispersion dans l'espace des vitesses requiert de développer des techniques de modélisation adaptées. Une méthode numérique originale est proposée pour exprimer la distribution des particules dans l'espace position-vitesse. Cette méthode est ensuite utilisée pour décrire la modulation de la turbulence bi- dimensionnelle par des particules inertielles. A grand nombres de Stokes, l'effet montré est analogue à celui d'une friction effective à grande échelle. Aux petits Stokes, le spectre de l'énergie cinétique du fluide et les transferts non-linéaires sont modifiées d'une manière non triviale
The transport of particles by turbulent flows is ubiquitous in nature and industry. It occurs in planet formation, plankton dynamics and combustion in engines. For the dispersion of atmospheric pollutants, traditional predictive models based on eddy diffusivity cannot accurately reproduce high concentration fluctuations, which are of primal importance for ecological and health issues. The first part of this thesis relates to the dispersion by turbulence of tracers continuously emitted from a point source. Mass fluctuations are characterized as a function of the distance from the source and of the observation scale. The combination of various physical mixing processes limits the use of fractal geometric tools. An alternative approach is proposed, allowing to interpret mass fluctuations in terms of the various regimes of pair separation in turbulent flows. The second part concerns particles with a finite and possibly large inertia, whose dispersion in velocity requires developing efficient modelling techniques. A novel numerical method is proposed to express inertial particles distribution in the position-velocity phase space. Its convergence is validated by comparison to Lagrangian measurements. This method is then used to describe the modulation of two-dimensional turbulence by large-Stokes-number heavy particles. At high inertia, the effect is found to be analogous to an effective large-scale friction. At small Stokes numbers, kinetic energy spectrum and nonlinear transfers are shown to be modified in a non-trivial way which relates to the development of instabilities at vortices boundaries

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Denèfle, Romain. "Modélisation locale diphasique eau-vapeur des écoulements dans les générateurs de vapeur." Phd thesis, Bordeaux 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00919838.

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Abstract:

Cette travail de thèse est lié au besoin de modélisation des écoulements diphasiques en générateurs de vapeur (entrée liquide et sortie vapeur). La démarche proposée consiste à faire le choix d'une modélisation hybride de l'écoulement, en scindant la phase gaz en deux champs, modélisés de manières différentes. Ainsi, les petites bulles sphériques sont modélisées avec une approche dispersée classique avec le modèle eulérien à deux fluides, et les bulles déformées sont simulées à l'aide d'une méthode de localisation d'interface. Le travail effectué porte sur la mise en place, la vérification et la validation du modèle dédié aux larges bulles déformées, ainsi que le couplage entre les deux approches pour le gaz gaz, permettant des premiers calculs de démonstration utilisant l'approche hybride complète.

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Gay, Gabriel. "Modélisation de l'interaction combustible-réfrigérant : fragmentation et explosion de vapeur." Thesis, Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0180.

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Abstract:

La simulation de l'interaction combustible-réfrigérant à l'échelle mésoscopique fait intervenir de nombreux phénomènes instationnaires couplés. Dans le but d'améliorer la fiabilité et la prédictivité des modèles de fermetures à cette échelle, il est aujourd'hui envisagé de réaliser des simulations détaillées pour étudier les phénomènes locaux. Cette thèse s'inscrit dans cette démarche comme un premier travail de développement de l'outil de calcul micro-SCONE, dédié à la compréhension des phénomènes locaux d'une explosion de vapeur. Suivant un plan de développement proposé permettant de donner une priorité aux effets compressibles, de transferts de chaleur et de changement de phase, la construction de l'outil et la modélisation ont été menées en parallèle. Le choix a été fait de s'orienter vers la famille de modèles compressibles à interfaces diffuses. Cependant, les déclinaisons existantes, basées sur différentes hypothèses d'équilibres de l'écoulement, peuvent ne pas être en adéquation avec les besoins spécifiques liées à notre application. En particulier, dans ce travail, les capacités du modèle à l'équilibre thermomécanique ont été mises en défaut. Par la suite, c'est le modèle à l'équilibre mécanique qui a été retenu, puis étendu de manière à prendre en compte les transferts de chaleur par conduction. Ce modèle a été couplé à une méthode de changement de phase basée sur l'équilibre des potentiels de Gibbs. Finalement, ce travail aura permis de poser les fondements de l'outil de calcul micro-SCONE et de contribuer au développement des modèles qui permettent de traiter les écoulements multiphasiques impliqués dans l'explosion de vapeur à l'échelle locale
Simulation of fuel-coolant interaction at mesoscale involve unsteady coupled phenomena. In this context, fine fragmentation of fuel during a vapor explosion is modeled by closure laws. To enhance reliability and predictability of these laws, it is now possible to consider detailed simulations to study the local phenomena involved. This PhD, as the first work of this project, had for goals to set the modelisation context and the first software developments of micro-SCONE. It is a code dedicated on the understanding of local phenomena involved in small scale vapor explosions. For this purpose, we proposed a development plan oriented towards compressibility, heat transfers and phase change effects. Compressible diffuse interface models family has been chosen. However, some declinaisons of models in this family exist based upon equilibrium hypothesis which can make them unsuitable for our application. In particular, in this work, we have demonstrated the inability of the thermomecanical equilibrium model to meet our needs. Thereafter, the mecanical equilibrium model has been selected and expanded to take into account conduction heat transfer. Then, this model has been coupled to a phase change method based on Gibbs potential equilibrium. Finally, this work has settled the fundamentals of the micro-SCONE software and has contributed to the development of multiphase flow models for small scale vapor explosion simulations

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Zeltz, Eric. "Modélisations d'injections multiphasiques en milieux poreux." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0027/these.pdf.

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Abstract:

En utilisant les techniques mathématiques d'homogénéisation et en partant des équations de Navier-Stokes, nous modélisons l'injection de fluides en milieu poreux dans trois cas différents : -D'abord, dans le cas d'un fluide compressible : nous retrouvons ainsi le modèle d'Aronson. -Ensuite dans le cas d'un fluide incompressible injecté dans le milieu poreux empli d'un autre fluide incompressible. Nous démontrons que l'interface est déterminée par un problème de Riemann et que sa vitesse moyenne est linéaire. Nous montrons que la nature de l'interface est essentiellement définie par le coefficient de mobilité des deux fluides. Nous validons le modèle grâce à une expérience d'injection de résine dans un milieu poreux. Nous utilisons notre modèle pour interpréter un phénomène physique connu mais à notre connaissance demeuré sans explications théorique satisfaisante: l'avancée de l'interface le long des parois du moule poreux dans le cas de l'injection d'un fluide très visqueux. -Enfin nous reprenons le cas précédent lorsque le fluide injecté est en plus condensable. Nous démontrons à nouveau que l'interface est déterminée par un problème de Riemann mais que sa vitesse tend asymptotiquement vers zéro. Nous validons notre modèle avec une expérience de vapeur injectée dans du béton. Nous donnons une nouvelle explication à un phénomène classiquement appelé « phénomène de bouchon » et observé dans ce type d'expérience
By using the mathematical techniques of homogenization and by starting from the Navier-Stokes equations, we model the injection of fuids in porous medium in three different cases. - First, in the case of a compressible fluid: we recover the model of Aronson. -then in the case of an incompressible fluid injected in the porous medium filled with another incompressible fluid. We demonstrate that the interface is determined by a problem of Riemann and that its average speed is linear. We show that the nature of the interface is essentially de fined by the coefficient of mobility of both fluids. We validate the model thanks to an experience of injection of resin in a porous medium. We use our model to interpret a known physical phenomenon but in our knowledge never explained in satisfactory way: the headway of the interface along the walls of the porous mould in the case of the injection of a very sticky fluid. - Finally we consider the previous case when the injected uid is condensable. We demonstrate again that the interface is determined by a Riemann problem but that its speed goes asymptotically towards zero. We validate our model with an experience of vapor injected in some concrete. We give a new explanation to a phenomenon classically called " phenomenon of cork " and observed in this type of experience

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Andlauer, Arnaud. "Contribution à l'analyse systémique, à la modélisation de la production et du déplacement des poussières lors de la démolition par foudroyage." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00874340.

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Abstract:

La démolition de bâtiments par foudroyage est une technique devenue classique. Elle génère des nuisances qui doivent être prises en compte, sous peine de rendre caduc ce type d'activité. Les principales nuisances générées par le foudroyage sont : - les projections générées par l'explosion et la dislocation du bâtiment ; - l'onde de surpression générée par l'explosif ; - la vibration du sol induite par l'effondrement du bâtiment ; - la création et la propagation d'un nuage de poussière. Les deux premiers points sont maitrisés. En ce qui concerne les vibrations, aucune méthode n'existe pour les limiter. Seuls, des fossés creusés permettent de bénéficier d'un effet d'ombre vis-à-vis de certains bâtiments. Les nuisances générées par les poussières et les manières de les limiter commencent à être une question fréquemment posée. Dans le cadre de la destruction d'installation classée pour la protection de l'environnement, cette question devient critique, car ce nuage peut déplacer des particules nocives. Actuellement, aucune information sur les mécanismes de production ou sur les mécanismes de propagation des poussières n'a été élaborée. Cette thèse propose un protocole de mesure pour l'étude des caractéristiques du nuage de particule. Elle présente les premières informations sur la production et la propagation des particules. Et pour finir, elle présente les premières simulations numériques du phénomène.

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Helluy, Philippe. "Simulation numérique des écoulements multiphasiques: de la théorie aux applications." Habilitation à diriger des recherches, Université du Sud Toulon Var, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00657839.

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Croci, Kilian. "Étude expérimentale des écoulements multiphasiques dans une couche limite laminaire décollée." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0052/document.

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Abstract:

La cavitation hydrodynamique, et plus particulièrement la cavitation à poche attachée, peut apparaitre et se développer dans des écoulements turbulents complexes à l’intérieur de décollements de la couche limite laminaire. Ce phénomène s’avère être également sensible aux autres gaz présents dans l’écoulement comme l’air. Pour mieux comprendre l’attachement de poches de cavitation dans des décollements laminaires et l’influence de l’air sur celles-ci, nous proposons d’étudier des écoulements laminaires décollés d’huiles silicones visqueuses, contenant une grande quantité d’air, autour d’une géométrie Venturi lisse. Dans notre étude nous observons l’apparition de plusieurs types de poches, d’air ou de vapeur, qui peuvent s’attacher dans différents décollements de l’écoulement laminaire. Le dégazage joue alors un rôle important à hautes pressions, générant des poches d’air attachées présentant des dynamiques particulièrement intéressantes.À très basses pressions, des poches de cavitations peuvent s’attacher provoquantselon la stabilité de l’écoulement une transition à un régime transitionnel laminaire/turbulent dans leurs sillage. Cette même transition peut également apparaitre de façon intermittente à plus hautes pressions dans le sillage d’une bulle d’air recirculante, caractéristique du dégazage dans les écoulement laminaires décollés. Le régime transitionnel laminaire/turbulent, beaucoup moins sensible au dégazage, est caractérisé par de la cavitation de tourbillons, générés à hautes fréquences, dans le sillage d’un bulbe de décollement laminaire “court” le long de la pente du Venturi. Le bulbe se développe jusqu’à transitionner brutalement en bulbe “long” pour une taille de poche assez élevée, on peut associer ce phénomène à la supercavitation
Hydrodynamic cavitation, more specifically attached cavitation, can emerge et develop in complex turbulent flows within laminar boundary layer separations. This phenomenon might be extremely sensitive to the gaz content in the flow. For an easier understanding of the attachment of cavities into laminar separated flows within the influence of air content, we propose to focus our study on viscous silicon oil laminar separated flows, presenting high gas content, within a smooth Venturi geometry. In this study, the inception of several types of attached cavities, filled with air or oil vapor, can be observed into different laminar flow separations. For high pressures, the degassing phenomenon is dominant in the flow, generating attached cavities filled with air presenting interesting dynamics. For low pressures, attach vapor cavities can emerge inducing, if the flow is unstable, the transition to laminar/turbulent transitioning regime in their wake. This transition can also occurs intermittently at higher pressures in the wake of a recirculating air bubble, characteristic to degassing into laminar separated flows. The laminar/turbulent transitioning regime, less sensitive to degassing, is characterized by vortex cavitation, occurring at high frequencies, at the rear of a “short” laminar separation bubble along the divergent Venturi slope. The “short” laminar separation bubble grows until transitioning to a “long” bubble within an large attached cavity. This transition can be associate to thesupercavitation phenomenon

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Nadau, Lionel. "Schémas numériques instationnaires pour des écoulements multiphasiques multiconstituants dans des bassins sédimentaires." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003624.

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Abstract:

Un bassin sédimentaire est un milieu poreux de grande dimension (plusieurs dizaines de kilomètres de long et de large pour une profondeur d'environ cinq kilomètres) qui évolue au cours du temps par les effets de compaction et de sédimentation. Au cours de cette évolution, des hydrocarbures vont se former et s'écouler dans le bassin. On établit alors un modèle permettant de simuler cette évolution de bassin ainsi que la création, la migration et le piégeage des hydrocarbures dans des roches appelées roches magasins. Ces phénomènes se déroulant sur des centaines de millions d'années, on s'est attaché à étudier principalement une discrétisation temporelle de ces équations. On a ainsi mis en avant un raffinement local du pas de temps dont le principe est de recalculer la solution sur une zone jugée "mauvaise". A l'extérieure de cette zone, la solution est admissible. La difficulté vient de la détermination de la zone qui doit - être suffisamment "grande" pour avoir une bonne qualité de la solution, mais suffisamment "petite" pour obtenir un gain calcul. Les estimateurs a posteriori permettent de contourner cette difficulté. On a donc entrepris une étude théorique de ces estimateurs a posteriori dans le cas des équations linéaires elliptique et parabolique. Des simulations numériques montrent l'efficacité de ces estimateurs dans des cas académiques.

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Hamlat, Bastien. "Modélisation mathématique de réactions cinétiques multiphasiques en géochimie." Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S013.

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Abstract:

Cette thèse concerne la modélisation mathématique des réactions cinétiques comprenant des phases pures. Dans le premier chapitre, un modèle de type EDOs discontinues pour la cinétique avec apparitions et disparitions d'espèces pour un nombre quelconque de minéraux est proposé. Une version régularisée du modèle permet de prouver la positivité et l’existence. Une analyse explicite plus approfondie dans le cas contenant une espèce réactive intermédiaire est menée. Dans le deuxième chapitre, une reformulation du modèle de cinétique chimique utilisant la théorie de Filippov est proposée. Une preuve de l'existence et de la positivité des solutions est réalisée. De plus, dans le cas des surfaces de discontinuité de codimension 1, une étude des configurations des champs fournit un résultat d'unicité et de caractérisation des trajectoires. Dans le troisième chapitre, un modèle de cinétique chimique de type systèmes dynamiques projetés est proposé. Une analyse de l'existence des solutions de ce modèle, des liens avec d'autres types de formulations et une méthode de résolution numérique adaptée sont proposés. Enfin, une illustration des résultats numériques obtenus est réalisée pour des systèmes de cinétique chimique
This thesis focuses on the modeling chemical kinetics for reactions involving pure phases. In the first chapter, a discontinuous ODEs model for reactions with appearance and disappearance of species for any number of minerals is proposed. A regularized version of the model can prove positivity and existence. An explicit analysis in the case containing an intermediate reactive species is investigated. In the second chapter, a reformulation of the chemical kinetics model using Filippov's theory is proposed. A proof of the existence and the positivity of the solutions is given. In addition, in the case of discontinuity surfaces of codimension 1, a study of the configurations of the vector fields provides a result of uniqueness and a characterization of the trajectories. In the third chapter, a model of chemical kinetics of the projected dynamical system is proposed. An analysis of the existence of solutions of this model, links with other types of formulations and an adapted numerical resolution method are provided. An illustration of the numerical results obtained is made for chemical kinetic systems

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Hammani, Imadeddine. "Amélioration de la méthode SPH pour écoulements multiphasiques : Application à l’amerrissage d’urgence d’avions." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0001.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'amélioration de la méthode SPH pour les écoulements multiphasiques, et son application à l'amerrissage d'urgence d'avions. Ce problème, appelé aussi «ditching», est caractérisé par des écoulements violents donnant suite à de larges déformations de la surface libre. En outre, le problème du ditching englobe des évolutions couplées des différentes phases présentes pendant l'impact, à savoir l'air, l'eau liquide et, dans des cas extrêmes, la vapeur d'eau. La méthode SPH est un excellent candidat pour simuler de tels problèmes. En effet, d'une part, l'absence de maillage dans cette méthode permet plus facilement de calculer les grandes déformations de la surface libre, en s'affranchissant complètement du problème de distorsion du maillage, contrairement aux autres méthodes numériques classiques telles que les Éléments Finis. D'autre part, la méthode SPH se prête naturellement à la simulation d'écoulements multiphasiques de par son formalisme lagrangien. L'absence de termes convectifs au sein des équations SPH prévient l'existence de diffusion numérique à l'interface entre les fluides, supprimant le besoin classique de schémas de capture d'interface. Lors de cette thèse, dans un premier temps, un nouveau modèle SPH faiblement compressible explicite a été développé, capable de simuler des écoulements multiphasiques à hauts ratios de densité, éventuellement en présence d'une surface libre, tout en produisant des champs de pression libres d'oscillations numériques. Une étude de la stabilité numérique de ce modèle a été menée, résultant en une définition heuristique des pas temps maximaux stables en fonction du ratio de vitesses du son des fluides mis en jeu. Ensuite, le modèle a été validé puis comparé à un schéma Riemann-SPH, en termes de domaine de stabilité, de champs de pression et de diffusion numérique. Finalement, dans le cadre du projet européen SARAH, la méthode SPH a été appliquée au problème d’amerrissage d'avions dans des conditions de vitesses d'impact réelles. Des expériences menées par des partenaires du projet ont démontré l'existence du phénomène de cavitation à partir de certaines vitesses d'impact. En conséquence, une technique de capture de cavitation numérique a été introduite dans cette thèse. Enfin, à l'issue de simulations SPH 2D et 3D, un accord satisfaisant a été observé entre l'expérience et nos résultats numériques
This thesis focuses on the improvement of the SPH method for multiphase flows, and its application to emergency landing of aircrafts. This problem, also known as “ditching”, is characterized by violent flows resulting in large deformations of the free-surface. In addition, the ditching problem encompasses coupled evolutions of the different phases present during the impact, namely air, liquid water and, in extreme cases, water vapor. The SPH method is an excellent candidate for simulating such problems. Indeed, on the one hand, the absence of mesh within this method makes it easier to compute large deformations of the free-surface, completely eliminating the problem of mesh distortion, unlike other classical numerical methods such as Finite Elements. On the other hand, the SPH method naturally lends itself to the simulation of multiphase flows due to its Lagrangian formalism. The absence of convective terms within the SPH equations prevents the existence of numerical diffusion at the interface between fluids, eliminating the traditional need for interface capture schemes. During this thesis, first a new explicit weakly-compressible SPH model was developed, capable of simulating multiphase flows at high density ratios, possibly in the presence of a freesurface, while producing pressure fields without spurious oscillations. A study of the numerical stability of this model was conducted, resulting in a heuristic definition of the maximum stable time steps as a function of the sound speed ratio of the fluids involved. Then, the model was validated and compared to a Riemann-SPH scheme, in terms of stability domain, pressure fields and numerical diffusion. Finally, as part of the European SARAH project, the SPH method was applied to the problem of aircraft ditching under real impact velocity conditions. Experiments conducted by other partners have demonstrated the existence of cavitation at certain impact speeds. As a result, a numerical cavitation capturing technique was introduced in this thesis. Finally, 2D and 3D SPH simulations yielded a satisfactory agreement between the experiments and our numerical results

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Cappanera, Loïc. "Stabilisation non linéaire des équations de la magnétohydrodynamique et applications aux écoulements multiphasiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS149/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit se concentrent sur l'approximation numérique des équations de la magnétohydrodynamique (MHD) et sur leur stabilisation pour des problèmes caractérisés par des nombres de Reynolds cinétique élevés ou par des écoulements multiphasiques. Nous validons numériquement un nouveau modèle de Simulation des Grandes Echelles (ou Large Eddy Simulations, LES), dit de viscosité entropique, sur des écoulements de cylindre en précession ou créés par des turbines contra-rotatives (écoulement de Von Kármán). Ces études sont réalisées avec le code MHD SFEMaNS développé par J.-L. Guermond et C. Nore depuis 2002 pour des géométries axisymétriques. Ce code est basé sur une décomposition spectrale dans la direction azimutale et des éléments finis de Lagrange dans un plan méridien. Nous adaptons une méthode de pseudo-pénalisation pour prendre en compte des turbines en mouvement, ce qui étend le code SFEMaNS à des géométries quelconques. Nous présentons aussi une méthode originale d'approximation des équations de Navier-Stokes à densité variable qui utilise la quantité de mouvement comme variable et la viscosité entropique pour stabiliser les équations de la masse et du mouvement
The investigations presented in this manuscript focus on the numerical approximation of the magnetohydrodynamics (MHD) equations and on their stabilization for problems involving either large kinetic Reynolds numbers or multiphase flows. We validate numerically a new Large Eddy Simulation (LES) model, called entropy viscosity, on flows driven by precessing cylindrical containers or counter-rotating impellers (Von Kármán flow). These studies are performed with SFEMaNS MHD-code developed by J.-L. Guermond and C. Nore since 2002 for axisymmetric geometries. This code is based on a spectral decomposition in the azimuthal direction and a Lagrange finite element approximation in a meridian plane. We adapt a pseudo-penalization method to report the action of rotating impellers that extends the range of SFEMaNS's applications to any geometry. We also present an original approximation method of the Navier-Stokes equations with variable density. This method uses the momentum as variable and stabilizes both mass and momentum equations with the same entropy viscosity

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Martin, Roland. "Modélisation numérique d'écoulements multiphasiques : application aux éruptions volcaniques explosives." Paris 7, 1998. http://www.theses.fr/1998PA077256.

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Abstract:

Lors des regimes volcaniques explosifs, les panaches et les ecoulements pyroclastiques qui en sont issus apres effondrement gravitationnel sont generes par la dynamique d'un melange de fines particules et de gaz (air ambiant et vapeur d'eau magmatique) expulse de la bouche eruptive a vitesse elevee. Pour comprendre la physique gouvernant la dynamique de ces ecoulements, modele numerique axisymetrique a ete developpe a 2d. Ce modele fournit un outil efficace pour comprendre les conditions de transition entre des colonnes pliniennes soutenues et en effondrement, de sedimentation et d'existence d'instabilites gravitationnelles aux distances maximales atteintes lors de la propagation laterale des coulees. Les equations gouvernant la dynamique sont couplees, ecrites sous forme conservative pour chaque phase (gaz et particules), et incluent les forces de gravite, les transferts de moment et de chaleur. Un modele turbulent d'echelle sous-grille est introduit pour tenir compte des effets a grande echelle de l'entrainement d'air ambiant aux bords de l'ecoulement. On utilise une discretisation spatiale par volumes finis et un schema en temps a pas fractionnaires d'ordre 2. La transition entre les regimes pliniens et pyroclastiques est fonction des nombres de mach (rapport de la vitesse sur la vitesse du son) et de richardson ri (rapport de la flottabilite sur les termes inertiels). Pour ri inferieur a 0. 1, l'ecoulement est plinien. Pour des valeurs superieures, les regimes d'effondrement sont favorises. Pour de faibles ri superieurs a 0. 1, les hauteurs peuvent etre predites par des lois d'echelle simples car les gradients de pression ne sont pas tres eleves. Des instabilites secondaires sont creees en fin de course laterale. La distance atteinte peut etre determinee a partir de simples lois d'echelles bien verifiees par nos calculs numeriques. Une couche limite a forte concentration solide est observee et l'epaisseur des depots est evaluee.

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Tillier, Elodie. "Couplage réactions-transport pour la modélisation et la simulation du stockage géologique de CO2." Phd thesis, Université de Marne la Vallée, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00206055.

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Abstract:

Cette thèse porte sur le couplage chimie-transport pour la modélisation et la simulation du stockage géologique de CO2. Nous présentons un modèle d'écoulement multiphasique et un modèle géochimique permettant de décrire un modèle couplé d'écoulement multiphasique réactif. Nous proposons ensuite deux méthodes de résolution, l'une est une méthode globale, l'autre est une méthode de splitting utilisée à l'IFP dans le logiciel COORES. Le splitting effectué pour cette méthode repose sur des hypothèses physiques. La méthode de couplage utilisée est une méthode de couplage non itérative dans laquelle l'erreur de splitting est corrigée à l'aide d'un terme de pénalisation. Une étude de convergence sur un cas simplifié permet de montrer que le schéma pénalisé est convergent vers la même solution que le schéma global. Une partie de cette thèse est consacrée à l'étude des phénomènes de diffusion-dispersion. On s'intéresse particulièrement à ce terme car il ne peut être intégré facilement dans un schéma de splitting si l'on souhaite résoudre le modèle de transport réactif de façon locale (nécessaire pour l'utilisation de sous-pas de temps locaux). Après avoir mis en évidence l'importance de ce terme sur un cas test représentatif, nous montrons la difficulté de l'intégrer dans le schéma de splitting. Finalement, on étudie un problème d'écoulement miscible en 1D d'un point de vue mathématique. Les difficultés proviennent de la non linéarité due à la solubilité non nulle du gaz dans l'eau. Nous proposons une définition d'une solution faible pour ce problème dont l'existence est montrée à l'aide de la convergence d'un schéma volumes finis de type Godunov.

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Elmi, Robleh Hassan. "Modélisation numérique des écoulements pulmonaires." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00766647.

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Abstract:

L'étude engagée dans cette thèse consiste à mettre en place une modélisation numérique fiable et complète du transport et du dépôt des particules dans un écoulement pulmonaire en se basant sur l'utilisation du code de calcul commercial CFD-ACE. Ce code intègre un solveur fluide qui résout les équations de Navier-Stokes incompressibles dans une formulation volumes finis. Le logiciel CFD-GEOM a été utilisé pour créer les surfaces en 3D de la géométrie générique du modèle de Weibel et ainsi générer le maillage non-structuré tétraèdrique en volumes finis. Dans le cadre de ce travail, il est supposé que le flux d'air est laminaire, stationnaire (ou instationnaire uniquement dans les modèles bronchiques) et incompressible ; les particules de diamètre 5μm sont sphériques et sans interaction. Le pourcentage global et local du dépôt des particules dans les poumons peut s'exprimer comme une efficacité de dépôt et se définit par le rapport entre le nombre de particules déposées dans une région donnée et le nombre total de particules admises initialement à l'entrée de la conduite. L'efficacité de dépôt dépend fortement du nombre de Stokes d'entrée, des conditions d'admission en termes de profil de vitesse du fluide (nombre de Reynolds d'entrée), de la distribution et des caractéristiques des particules. Nous avons donc modélisé avec succès les écoulements ainsi que le transport et le dépôt de particules dans des configurations simples (modèles de Weibel) et des configurations réalistes (poumons de rat et du lapin) et ce que l'on en peut dire c'est que la simulation, bien que coûteuse (surtout pour le dépôt des particules), ne présente pas de difficultés insurmontables. Par contre l'obtention d'une géométrie réaliste et la génération du maillage associé reste une étape délicate.

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Dashtbeshbadounak, Narges. "Changement d'échelle de déplacements de fronts en milieux hétérogènes et application à l'EOR." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS084.

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Abstract:

Construire un modèle numérique robuste pour les écoulements multiphasiques dans les milieux poreux tout en atteignant une approximation satisfaisante de la solution exacte est difficile en raison de l'hétérogénéité du milieu à plusieurs échelles, du couplage et de la non-linéarité des équations mises en jeu, et enfin de la nécessité de capturer toutes ces échelles dans un modèle numérique macroscopique d'une manière numériquement efficace. Une approche séquentielle pour accélérer la modélisation des ces écoulements non miscibles dans les milieux hétérogènes a été développée en utilisant des méthode de Galerkin discontinues et un grossissement dynamique du maillage. Cette approche, en utilisant un critère rapidement évalué, implique une décomposition du domaine dynamique et différentes stratégies de solution appliquées suivant les régions d'écoulement établies. Un maillage haute résolution et des méthodes d'ordre bas sont utilisées dans les régions d'écoulement proches de la discontinuité de saturation tandis qu'une méthode de Galerkin discontinue et une grille basse résolution sont utilisées dans les régions monophasiques. Une technique rapide pour estimer la position du front de saturation et identifier les zones d'écoulement qui nécessitent un maillage fin est présentée. L'efficacité de cette approche est démontrée au travers de cas tests et comparée avec des méthodes standard
Numerical modelling is a widely used tool in applied geoscience for quantifying flow in porous media, that is necessary to predict performance and optimize prospect exploitation at minimal environmental risk and cost. Reaching a satisfactory approximation of the exact solution and a robust numerical model of multiphase flows is particularly challenging because of the heterogeneity of the porous medium across a wide range of length scales, the coupling and nonlinearity of the driving equations, and the necessity of capturing all scales in the macroscale numerical model in a computationally efficient way. We have developed a sequential approach to accelerate immiscible multiphase flow modelling in heterogeneous porous media using discontinuous Galerkin methods and dynamic mesh coarsening. This approach involves dynamic domain decomposition and different solution strategies in the different flow regions, using a criterion that can be fastly evaluated. We use high-resolution grids and low order methods in regions near the saturation discontinuity and a discontinuous Galerkin method along with low-resolution grids in single-phase flow regions of the domain. We present a fast technique to estimate the position of the saturation front and identify the flow zones that need high-resolution gridding and eventually, we demonstrate the accuracy of our approach through test cases from the second SPE10 model by comparing our results with fine-scale simulations

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Bellakhal, Ghazi. "Modélisation des écoulements turbulents à bulles." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7368/1/bellakhal.pdf.

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Abstract:

Les milieux diphasiques mettent en jeu des interactions aux interfaces qui modifient d’une manière significative la structure des champs moyens et fluctuants des écoulements. La conception de modèles à deux fluides adaptés aux écoulements industriels nécessite la prise en compte de l’effet de ces interactions au niveau des relations de fermeture adoptées. Le travail développé dans cette thèse porte sur le développement de modèles à deux fluides au premier ordre déduits par réduction des fermetures au second ordre. La démarche adoptée, basée sur le principe de décomposition du tenseur des contraintes de Reynolds en contributions turbulente et pseudo-turbulente statistiquement indépendantes, permet de préserver le contenu physique des fermetures au second ordre. L’analyse de la structure de la turbulence dans deux configurations d’écoulements de référence : écoulements homogènes à bulles uniforme derrière une grille et à cisaillement constant permet de déduire une formulation de la viscosité turbulente en milieux diphasiques faisant intervenir les échelles caractéristiques de la turbulence à bulles, ainsi qu’une description analytique de la modification induite par la présence des bulles de la structure de la turbulence homogène. Le modèle eulérien à deux fluides a été généralisé ensuite au cas des écoulements inhomogènes à faibles taux de vide. Les résultats numériques obtenus par l’application de ce modèle intégré dans le code de calcul MELODIF dans le cas de l’écoulement turbulent à bulles cisaillé libre de sillage ont montré une concordance satisfaisante avec les données expérimentales et ont permis d’analyser la modification des échelles caractéristiques de cet écoulement par les interactions interfaciales. Le modèle à deux fluides au premier ordre est généralisé enfin au cas des écoulements à forts taux de vide où les interactions hydrodynamiques entre les bulles ne sont plus négligeables.

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Bellakhal, Ghazi. "Modélisation des écoulements turbulents à bulles." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://www.theses.fr/2005INPT002H.

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Abstract:

Les milieux diphasiques mettent en jeu des interactions aux interfaces qui modifient d'une manière significative la structure des champs moyens et fluctuants des écoulements. La conception de modèles à deux fluides adaptés aux écoulements industriels nécessite la prise en compte de l'effet de ces interactions au niveau des relations de fermeture adoptées. Le travail développé dans cette thèse porte sur le développement de modèles à deux fluides au premier ordre déduits par réduction des fermetures au second ordre. La démarche adoptée, basée sur le principe de décomposition du tenseur des contraintes de Reynolds en contributions turbulente et pseudo-turbulente statistiquement indépendantes, permet de préserver le contenu physique des fermetures au second ordre. L'analyse de la structure de la turbulence dans deux configurations d'écoulements de référence : écoulements homogènes à bulles uniforme derrière une grille et à cisaillement constant permet de déduire une formulation de la viscosité turbulente en milieux diphasiques faisant intervenir les échelles caractéristiques de la turbulence à bulles, ainsi qu'une description analytique de la modification induite par la présence des bulles de la structure de la turbulence homogène. Le modèle eulérien à deux fluides a été généralisé ensuite au cas des écoulements inhomogènes à faibles taux de vide. Les résultats numériques obtenus par l'application de ce modèle intégré dans le code de calcul MELODIF dans le cas de l'écoulement turbulent à bulles cisaillé libre de sillage ont montré une concordance satisfaisante avec les données expérimentales et ont permis d'analyser la modification des échelles caractéristiques de cet écoulement par les interactions interfaciales. Le modèle à deux fluides au premier ordre est généralisé enfin au cas des écoulements à forts taux de vide où les interactions hydrodynamiques entre les bulles ne sont plus négligeables
The work developed in this thesis concerns the development of first order two-fluid models deduced by reduction of second order closures. The adopted reasoning allows to preserve the physical contents of the second order relations closure. Analysis of the turbulence structure in homogeneous uniformly sheared bubbly flow allows to deduce a formulation of the two-phase turbulent viscosity. The eulerian two-fluid model was then generalized with the case of the inhomogeneous flows with low void fractions. The numerical results obtained by the application of this model integrated in the computer code MELODIF in the case of free sheared turbulent bubbly flow of wake made it possible to analyze the modification of the characteristic scales of such flow. The two-fluid first order model is generalized finally with the case of high void fractions bubbly flows where the hydrodynamic interactions between the bubbles are not negligible any more

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Ravelet, Florent. "Etude expérimentale d'écoulements internes turbulents monophasiques et multiphasiques." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00915643.

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Abstract:

Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche effectués depuis ma soutenance de thèse en septembre 2005. L'ensemble s'articule autour de problèmes touchant aux écoulements turbulents, tant monophasiques que multiphasiques abordés principalement d'un point de vue expérimental. Les problèmes traités sont tout autant d'ordre fondamental que plus appliqué. Cette présentation est organisée autour de 3 axes : 1. les instabilités et bifurcations en écoulements turbulents monophasiques ; 2. l'étude des écoulements dans les machines tournantes et leur conception ; 3. la dynamique et les instabilités en écoulements diphasiques. Ces 3 axes ont en commun un certain nombre de traits, comme la caractérisation au moyen d'outils expérimentaux conçus à dessein, l'analyse des données obtenues (signaux temporels ou champs de vitesse LDV/PIV) au moyen du développement d'outils de post-traitement (analyse d'image) et enfin l'intérêt porté aux phénomènes instationnaires et dynamiques.

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Perrier, Vincent. "Simulation numérique des écoulements multiphasiques compressibles avec ou sans changement de phase. Application à l'interaction laser-plasma." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203667.

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Abstract:

Ce travail porte sur la modélisation et la simulation d'écoulements compressibles. Par une démarche d'homogénéisation, on commence par dériver un modéle d'écoulements diphasiques à sept équations. Les termes de fluctuation restants sont modélisés par des termes de relaxation. Dans le cas où ces coefficients de relaxation tendent vers l'infini, ce qui correspond à des écoulements très bien mélangés, on obtient par un développement asymptotique un modèle à cinq équations qui est strictement hyperbolique, mais non-conservatif. La discrétisation de ce modèle est obtenue par un développement asymptotique d'un schéma numérique pour le système à sept équations. Le schéma obtenu est implémenté, validé sur des cas analytiques, et comparé dans le cas de chocs multiphasiques à des résultats expérimentaux.

On s'intéresse ensuite à la modélisation du changement de phase avec deux équations d'état. Un principe d'optimisation de l'entropie de mélange mène à distinguer trois zones: une zone où le liquide pur est le plus stable, une autre zone où le gaz pur est le plus stable, et, enfin, une zone où un mélange à l'équilibre des pressions, températures et potentiels thermodynamiques est stable. On donne alors des conditions sur le couplage des deux équations d'état pour que l'équation d'état de mélange soit convexe, et pour que le système soit hyperbolique. Afin de prendre en compte le changement de phase, on introduit dans la solution du problème de Riemann une onde de vaporisation modélisée comme une onde de déflagration. On montre ensuite que la fermeture habituelle, la fermeture de Chapman-Jouguet, est inadéquate en général, et on donne une fermeture correcte dans le cas où les deux phases sont des gaz parfaits. Enfin, la solution du problème de Riemann est implémentée dans un code multiphasique, et validée sur des cas analytiques. Dans ce même code, on met en place un modèle de dépôt laser et de conduction thermique non linéaire afin de modéliser les phénomènes physiques intervenant dans l'ablation laser. Les résultats obtenus sont comparables à ceux obtenus avec des lois d'échelle.

Le dernier chapitre, complètement indépendant, porte sur la recherche de correcteurs en homogénéisation stochastique dans le cas de processus à queue lourde.

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Zaepffel, Didier. "Modélisation des écoulements bouillants à bulles polydispersées." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00682899.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'amélioration de la modélisation des écoulements à bulles, et plus particulièrement des écoule- ments bouillants, dont la compréhension et la prédiction est essentielle pour de nombreuses applications industrielles. L'axe de recherche choisi ici est la prise en compte du caractère polydisperse de la population de bulles, autrement dit du fait que toutes les bulles n'aient ni la même taille, ni la même vitesse. Divers mécanismes peuvent être cités pour expliquer l'existence de la variété de tailles de bulles ; dans notre cas on peut principalement citer la coalescence et la fragmentation de bulles, la cinématique de changement de phase ou encore la compressibilité du gaz à l'intérieur des bulles. De cette polydispersion en taille découle également une polydispersion en vitesse, puisqu'il est bien connu que la vitesse de déplacement d'une bulle est fonction de sa taille. Un modèle moyenné spécialement adapté aux écoulements à phase dispersée est présenté dans ce manuscrit, modèle que l'on pourra caractériser de polydisperse puisque prenant en compte une fonction de distribution en taille et en vi- tesse des bulles. Deux lois mathématiques particulières, une loi quadratique et une loi cubique, sont proposées dans ce manuscrit pour modéliser la fonction de distribution en taille des bulles, son évolution spatio-temporelle étant obtenue à l'aide la méthode des moments. Ces deux lois ayant une expression mathématique relativement simple, les différents termes d'échanges entre phases ont pu être fermés dans un cadre polydisperse. Ce modèle moyenné polydisperse a été implanté dans le code de calcul NEPTUNE_CFD, puis testé en tentant de reproduire par la simulation l'expérience DEBORA du CEA Grenoble, expérience dédiée à l'étude des écoulements bouillants sous-saturés.

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Seguin, Nicolas. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003139.

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Abstract:

On s'intéresse dans ce travail à la simulation des écoulements diphasiques. Différents modèles, tous hyperboliques, sont considérés suivant les configurations étudiées. Dans un premier temps, plusieurs schémas Volumes Finis sont comparés pour l'approximation du modèle HEM (Homogeneous Equilibrium Model), notamment en présence de faibles densités. Ensuite on démontre l'existence et l'unicité de la solution faible entropique d'une loi de conservation scalaire gouvernant l'évolution de la saturation d'un écoulement diphasique dans un milieu poreux. On propose alors deux schémas Volumes Finis tenant compte du caractère résonnant de cette équation. La troisième partie concerne les écoulements en eaux peu profondes et l'approximation des termes sources raides. Une méthode permettant le maintien d'états au repos ainsi que le recouvrement et l'apparition de zones sèches, est présentée et comparée aux méthodes habituellement utilisées dans l'industrie. Enfin, une classe de modèles hyperboliques non conservatifs se basant sur l'approche bifluide à deux vitesses et deux pressions est proposée. Une étude des solutions discontinues du système convectif permet d'exhiber une classe de fermetures sur la vitesse interfaciale et sur la pression interfaciale, tout en permettant de définir de manière unique les produits non conservatifs. L'approximation se fait à l'aide d'une méthode de splitting d'opérateur. On utilise deux schémas Volumes Finis, le schéma de Rusanov et le schéma de Godunov approché VFRoe-ncv pour l'étape de convection. Plusieurs cas tests sont présentés et commentés : tubes à choc, conditions limites de paroi, robinet d'eau, sédimentation.

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Reyes, Olvera Jair Manuel. "Modélisation de deux écoulements en milieu naturel." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066654/document.

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Abstract:

La thèse concerne la modélisation de deux écoulements issus de problèmes géophysiques. Un premier problème a trait à la présence de tourbillons longitudinaux apparaissant dans les cours d'eau. L'origine de ces structures reste indéterminée. On aborde ce problème par une simulation numérique d'un écoulement turbulent cisaillé dans un canal ouvert utilisant un code pseudo-spectral. On tente de voir si un cisaillement de surface même faible est capable ou non de comprendre ces observations. Le second problème est lié à la resuspension des sédiments sur les bords d'une mer ou d'un lac par des ondes internes. Ces ondes existent à cause de la stratification en densité de la colonne d'eau. Lorsque elles s'approchent de la côte, elles se déstructurent générant un cisaillement sur le fond capable de resuspendre du sédiment. On a envisagé à nouveau cette étude par le biais de la simulation numérique directe. On examine comment l'onde interne se brise sur les bords en fonction de (a) la nature de la stratification, (b) la forme de la topographie du fond et (c) l'amplitude des ondes. On calcule dans chaque cas le cisaillement sur le fond. On en déduit le flux et le transport de sédiment dans toute la colonne d'eau
This thesis studies the modeling of two problems that take their origin from a geophysical context. A first problem is related to the presence of longitudinal vortices which have been measured in rivers. The origin of these structures remains unknown. We address this problem by numerical simulations of a sheared turbulent flows in an open channel using a pseudo-spectral code. We try to determine if the presence of an imposed shear at the surface coupled with a pressure gradient is capable or not to explain these observations. The second study focuses on the sediment resuspension on shores of seas or lakes by the action of internal waves. These waves exist because of density stratification of the water column. When waves approach the shore, their patterns evolve generating a shear on the bottom capable to resuspend sediment. By direct numerical simulations, we analyse how internal waves breaking changes according to (a) stratification, (b) bottom topography and (c) wave amplitude. We compute for each case the shear exerted on the bottom, the sediment flux and transport throughout the water column

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Friess, Christophe. "Modélisation hybride RANS / LES temporelle des écoulements turbulents." Phd thesis, Université de Poitiers, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598800.

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Abstract:

En situation industrielle, le calcul des caractéristiques instationnaires et tridimensionnelles d' écoulements complexes, est souvent nécessaire. La simulation des grandes échelles requiert un coût de calcul prohibitif surtout près de parois. L'un des objectifs des méthodes hybrides est d'optimiser le coût de calcul, en simulant certaines zones d'un écoulement en mode RANS et d'autres en mode LES. Cette dernière s'articule en géné́ral autour du filtrage spatial, alors que dans la plupart des écoulements, l'opérateur RANS correspond à une moyenne temporelle. L'approche PITM (Partially Integrated Transport Model ), conçue en turbulence homogène, est une méthode hybride justifié́e thé́oriquement. Sa transposition au contexte temporel (turbulence stationnaire) a déjà été explorée précédemment, montrant que, sous certaines hypothèses, les versions spatiale et temporelle sont formellement identiques. La méthode PITM présente toutefois une certaine difficulté à piloter le niveau de résolution. La présente thèse propose une approche dynamique pour corriger ce point. Dans un second temps, la version temporelle du PITM, le T -PITM, est comparé à la DES (Detached Eddy Simulation), une méthode hybride populaire, mais empirique. Il est montré que les deux méthodes produisent des résultats similaires, conférant une justification théorique par procuration, à la DES. Le modèle RANS sous-jacent est la pondération elliptique, permettant la prise en compte des effets induits par une paroi, sans utiliser de fonctions d'amortissement ni de lois de paroi.

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Ngomo, Otogo Davy Kevin. "Modélisation des écoulements réactifs dans les microsystèmes énergétiques." Phd thesis, INSA de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00584117.

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Abstract:

La miniaturisation de plus en plus poussée (micro et nano) des systèmes mécanique connaît un important développement depuis une dizaine d'années. Leur conception et réalisation nécessite une connaissance approfondie des écoulements micro-fluidiques. Dans le domaine énergétique, le rendement d'un moteur thermique se dégrade sérieusement lors d'une réduction d'échelle. En effet, les pertes de chaleur pariétales peuvent devenir aussi importantes que l'énergie libérée. Une voie prometteuse consiste à utiliser les ondes de choc / détonation pour accélérer la libération d'énergie. Dans ce cas, la détonation peut être assimilée à une onde de choc inerte, couplée à une zone de réaction, caractérisée par la présence d'instabilités longitudinales et transverses, soumettant ainsi le front de choc à de violentes accélérations / décélérations. L'objectif de la thèse est de mieux appréhender la structure moyenne de la zone de réaction qui s'étend du choc jusqu'à la surface sonique. Sur le plan de la modélisation numérique, les équations de Navier-Stokes compressibles, multi-espèces, réactives sont résolues au sein du solveur CHOC-WAVES développé au CORIA, avec une thermodynamique variables et des coefficients de transport dépendant des espèces. La condition de Chapman-Jouguet généralisée a été élaborée et confirmée par les résultats de simulations numériques dans le cas d'une détonation multidimensionnelle stable. En particulier, il a été montré que les instabilités transverses s'atténuaient avec la réduction d'échelle. A cet effet, un scénario a été proposé pour expliquer le déficit de la vitesse du front de détonation, en se basant sur la structure de la poche subsonique aval, en corrélation avec l'épanouissement de la couche limite. Ce schéma partage de fortes similitudes avec la macro-détonation, tout en gardant des différences. En particulier, il a été montré que la forte vorticité, produite au niveau de la singularité de Prandtl-Meyer, souvent négligée dans les modèles de macro-détonation, diffusait au sein de la poche subsonique. Ces résultats tout à fait originaux ont permis une avancée significative dans la compréhension du mécanisme de propagation des fronts de détonation stables et confinées.

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De, lorenzo Marco. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques métastables." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX029/document.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat s’intéresse aux écoulements diphasiques métastables typiques de certains transitoires accidentels qui pourraient intervenir dans les centrales nucléaires. Ces phénomènes sont difficiles à traiter en raison de la complexité topologique de l’écoulement, des transferts entre phases et du couplage fort entre les caractéristiques thermodynamiques et les aspects mathématiques.Les méthodes aujourd’hui en usage dans l’industrie ne décrivent pas complétement la complexité de ces écoulements car elles s’appuient sur des modèles trop simples. En fait ces méthodes ne prennent pas en compte le déséquilibre thermo-chimique entre l’eau liquide et sa vapeur. Par ailleurs, les méthodes hyperboliques proposées récemment dans la littérature pour la simulation des écoulements métastables ne peuvent pas être appliquées dans l’industrie car elles utilisent des lois d’état simples qui ne sont pas adaptées pour les calculs industriels.Le but de cette thèse est de développer une nouvelle approche qui couple les méthodes hyperboliques modernes à des équations d’état précises. Le produit final de ce travail est un nouveau modèle pour l’analyse industrielle des écoulements diphasiques métastables qui associe de nouvelles techniques pour le calcul des transferts interfaciaux et des propriétés de l’eau et de sa vapeur. De plus, cette approche est d’un coût abordable pour les configurations industrielles.Les méthodes développées dans cette thèse ont été systématiquement vérifiées avec des solutions exactes et validées en utilisant des données expérimentales de la littérature
This Ph.D. thesis deals with the metastable two-phase flows typical of accidental transients that could occur in nuclear power plants. Those phenomena are of difficult treatment due to the topological difficulty of the flow, the interphase transfers and the strong coupling between thermodynamic features and mathematical aspects.The methods today in use in industry do not fully describe the complexity of these flows because based on too simple models. In fact, they do not take into account the thermo-chemical disequilibrium between liquid and vapor water. On the other hand, the hyperbolic methods recently proposed in the literature for the simulation of metastable flows can not be used in the industry because based on simple equations of state that are not adequate for industrial calculations.The purpose of this Ph.D. thesis is to develop a new approach that couples the modern hyperbolic methods to accurate equations of state. The final product of this work is a new model for the industrial analysis of metastable two-phase flows that incorporates novel techniques for the calculation of interfacial transfers and of steam-water properties. Moreover, it is computationally affordable for its use in industrial configurations.The methods developed in this thesis have been sistematically verified against exact solutions and validated using experimental data of the literature

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Monier, Jean-François. "Analyse de la modélisation turbulente en écoulements tourbillonnaires." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC015/document.

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Abstract:

L'objectif de la présente étude est d'analyser la modélisation de la turbulence de simulations en moyenne de Reynolds (RANS) dans le cadre d'écoulements de type turbomachines, en utilisant des simulations aux grandes échelles (SGE) comme référence. L'étude porte sur deux cas test: un décollement de coin dans une grille d'aubes rectiligne, et un écoulement de jeu pour un aubage isolé dans un jet. Deux lois de comportement, la loi de comportement de Boussinesq et la loi de comportement quadratique (quadratic constitutive relation ou QCR), sont analysées, avec deux versions du modèle de turbulence k-omega de Wilcox. Les lois de comportement étudiées reposent sur deux hypothèses: une hypothèse d'alignement entre le tenseur de Reynolds et un tenseur construit à partir de l'écoulement moyen, et une hypothèse sur la viscosité turbulente. L'hypothèse d'alignement est étudiée à partir de la SGE, pour laquelle les deux tenseurs sont indépendamment connus, en utilisant un indicateur construit sur le produit scalaire des tenseurs. Les résultats sont présentés sous forme d'une fonction de répartition de la valeur de l'indicateur pour le domaine complet, puis pour trois sous-domaines d'intérêt: l'entrée, une région où l'écoulement interagit fortement avec les parois, et une région où l'écoulement est fortement tourbillonnaire. L'hypothèse d'alignement n'est que rarement valide pour la loi de comportement de Boussinesq. Pour la QCR, les résultats sont meilleurs en entrée, comparé à la loi de Boussinesq. Il ne sont cependant pas meilleurs pour les régions où l'écoulement est plus tourbillonnaire. Une amélioration de la loi de comportement est nécessaire pour pouvoir faire progresser la modélisation turbulente en RANS. En revanche, l'utilisation de l'énergie cinétique turbulente et du taux de dissipation spécifique semble correcte pour estimer la valeur de la viscosité turbulente. L'analyse de la modélisation de l'équation d'énergie cinétique turbulente (ECT) est réalisée au travers d'une comparaison terme à terme avec l'équation d'ECT résolue par la SGE. Les résultats SGE présentent une turbulence qui n'est pas à l'équilibre : la production et la dissipation ne sont pas superposées, et le terme de transport est important. Pour le RANS, la turbulence est à l'équilibre : la production et la dissipation sont superposées, et le terme de transport est de faible intensité. Un modèle de turbulence qui prend en compte le déséquilibre est nécessaire pour améliorer ce point. En dernier lieu, une nouvelle formulation hybride RANS/SGE est proposée, fondée sur la distance à la paroi en unités de paroi. La formulation est validée dans un canal bi-périodique et un premier essai est réalisé sur le cas de décollement de coin, mais d'autres analyses sont nécessaires avant que cette formulation ne soit fonctionnelle
The present study aims at analysing turbulence modelling in Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations, in the context of turbomachinery flows, using large-eddy simulations (LES) as references. Two test cases are considered: a corner separation (CS) flow in a linear compressor cascade, and a tip-leakage (TL) flow of a single blade in a jet. Two constitutive relations, the Boussinesq constitutive relation and the quadratic constitutive relation (QCR), are investigated, with two versions of Wilcox's $k-\omega$ turbulence model. The studied constitutive relations rely on two hypotheses: an alignment hypothesis between the Reynolds stress tensor and a mean flow tensor, and an hypothesis on the turbulent viscosity. The alignment hypothesis is investigated using LES, where both the tensors are known independently, with an indicator built on the inner product of the tensors. The results are presented as probability density functions of the indicator value for the entire domain first, and then for three specific areas of interest: the inlet area, similar to a boundary-layer flow, an area of strong interaction between the flow and the walls (CS: passage area, TL: tip clearance) and an area of highly vortical flow (CS: separation wake, TL: tip-leakage vortex). The alignment hypothesis is rarely verified in any area for the Boussinesq constitutive relation. For the QCR, the results are improved for the inlet areas compared to the Boussinesq constitutive relation, but no significant improvement is found in the highly vortical regions. An improvement of the constitutive relation is needed in order to improve the RANS turbulence modelling. In contrast, the use of the turbulent kinetic energy and the specific dissipation rate appears quite correct to estimate the turbulent viscosity. The modelling of the RANS turbulent kinetic energy (TKE) budget equation is investigated through a term to term comparison with the resolved LES TKE budget equation. The LES presents a turbulence that is not at equilibrium, with the production and the dissipation not superimposed, and an important amount of transport. This differs from the RANS models, at equilibrium: the production and the dissipation are superimposed, with a small amount of transport. The development of a non-equilibrium turbulence model for RANS simulations could improve this aspect of turbulence modelling. Finally, a new hybrid RANS-LES formulation, based on the wall distance in wall units, is also proposed. It is validated on a bi-periodical channel flow, and a first attempt is made on the corner separation case, but further investigations are still needed for the model to be fully operational

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Ngomo, Otogo Davy Kévin. "Modélisation des écoulements réactifs dans les microsystèmes énergétiques." Thesis, Rouen, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAM0019/document.

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Abstract:

La miniaturisation de plus en plus poussée (micro et nano) des systèmes mécanique connaît un important développement depuis une dizaine d'années. Leur conception et réalisation nécessite une connaissance approfondie des écoulements micro-fluidiques. Dans le domaine énergétique, le rendement d'un moteur thermique se dégrade sérieusement lors d'une réduction d'échelle. En effet, les pertes de chaleur pariétales peuvent devenir aussi importantes que l'énergie libérée. Une voie prometteuse consiste à utiliser les ondes de choc / détonation pour accélérer la libération d'énergie. Dans ce cas, la détonation peut être assimilée à une onde de choc inerte, couplée à une zone de réaction, caractérisée par la présence d'instabilités longitudinales et transverses, soumettant ainsi le front de choc à de violentes accélérations / décélérations. L'objectif de la thèse est de mieux appréhender la structure moyenne de la zone de réaction qui s'étend du choc jusqu'à la surface sonique. Sur le plan de la modélisation numérique, les équations de Navier-Stokes compressibles, multi-espèces, réactives sont résolues au sein du solveur CHOC-WAVES développé au CORIA, avec une thermodynamique variables et des coefficients de transport dépendant des espèces. La condition de Chapman-Jouguet généralisée a été élaborée et confirmée par les résultats de simulations numériques dans le cas d'une détonation multidimensionnelle stable. En particulier, il a été montré que les instabilités transverses s'atténuaient avec la réduction d'échelle. A cet effet, un scénario a été proposé pour expliquer le déficit de la vitesse du front de détonation, en se basant sur la structure de la poche subsonique aval, en corrélation avec l'épanouissement de la couche limite. Ce schéma partage de fortes similitudes avec la macro-détonation, tout en gardant des différences. En particulier, il a été montré que la forte vorticité, produite au niveau de la singularité de Prandtl-Meyer, souvent négligée dans les modèles de macro-détonation, diffusait au sein de la poche subsonique. Ces résultats tout à fait originaux ont permis une avancée significative dans la compréhension du mécanisme de propagation des fronts de détonation stables et confinées
Progress towards the miniaturization of increasingly advanced micro- and nano-electromechanical systems has highlighted the need for a better knowledge of the design of such devices. knowledge of micro-nano pipe flows is still mandatory. In field of energy power generation, as the systems are scaled down, the thermal efficiency of conventional propellant devices is seriously degraded due to significant heat losses which can cause the combustion extinction. A promising approach is to use shock or detonation waves in gazeous media to enhance chemical reaction rates. A detonation is a rapid regime of burning in which a strong shock ignites the fuel and the burning proceeds to equlibrium behind the shock, while the energy released continues to drive the shock. It is also characterized by the presence of longitudinal and transverse instabilities, thereby subjecting the shock front to violent deceleration / acceleration. The objective of this thesis is to better understand the mean structure of the reaction zone that extends from the shock to the sonic surface. As for numerical modelling, the compressible multi-species reactive Navier-Stokes equations are solved using an in-house code "CHOC-WAVES", including variable thermodynamic and transport coefficients depending on the species. The Generalized Chapman-Jouguet condition was developed and corroborated by the numerical results in the case of stable multidimensionnal detonation. More specially, it was shown that the transverse instabilities are attenuated with the scale reduction.To this end, a scenarion, based on the structure of downstream subsonic pocket, which is correlated to the development of the boundary layer, has been proposed to explain the deificit of the detonation from velocity. This scheme shares many similarities with the macro-detonation, while keeping some differences. In particular, it was shown that the strong vorticity, generated at the Prandlt-Meyersingularity and often neglected in macro-detonation models, diffuses in the subsonic pocket. The present contribution enables us to shade more physical insight for the propagation of stable and confined detonation fronts

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Randrianarivao, Dannet. "Modélisation des écoulements dans un disjoncteur haute tension." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1781/.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude théorique du comportement du plasma dans un disjoncteur haute tension (DHT) pendant la phase de fort courant jusqu'au passage par zéro du courant alternatif. La pression de remplissage initiale est de 6 bars et l'intensité maximale de 57 kA. L'étude est principalement orientée sur l'influence de l'ablation des parois en téflon (C2F4) et sur la montée en pression dans les volumes d'expansion thermique. Une bonne description de cette montée en pression est indispensable car elle conditionne le soufflage de l'arc et le recouvrement diélectrique lors du passage par zéro du courant. Un modèle magnétohydrodynamique transitoire basé sur la méthode des volumes finis a été développé à partir du code commercial ArobaseFluent complété par de nombreux modules spécifiques à la description du plasma en présence de l'arc électrique. Le modèle prend en compte la description du plasma en écoulement en considérant : l'effet Joule, les forces de Lorentz ainsi que les phénomènes de turbulence et l'ablation des tuyères. Afin de pouvoir quantifier le flux d'énergie déposé par rayonnement à la paroi, différents modèles ont été implantés et appliqués tels que les modèles P-1 et DOM. Finalement un modèle hybride alliant les avantages de chacun d'eux est proposé après validation. Dans un premier temps, quelques notions générales sur les DHT sont données. Nous présentons ensuite la mise en place du modèle avec les différents modules implantés. Les résultats théoriques relatifs à la montée en pression sont comparés avec des résultats expérimentaux. La masse ablatée, ramenée à l'énergie fournie, est aussi comparée et validée avec les résultats expérimentaux. Cette masse ablatée conduit à une déformation de la géométrie que nous prenons en compte. Nous étudions l'influence du changement de la géométrie sur la montée en pression et donc sur la capacité du disjoncteur à bien fonctionner suivant le nombre des tirs. Finalement revenant sur un acquis de la communauté, une explication sur les mécanismes conduisant à la montée en pression dans les volumes de chauffage est avancée
This work deals with the theoretical study of plasma behavior in high voltage circuit breaker (HVCB) during the high current to the zero crossing of the alternating current. The initial pressure is 6 bars and the maximum intensity is 57 kA. The study was mainly focused on the influence of ablation of the Teflon walls (C2F4) and the pressure increase in the thermal expansion volume. A good description of this pressure rise is essential because it affects the blowing of the arc and dielectric covering at the zero crossing of the current. Magneto hydrodynamic transient model based on finite volume method has been developed using the commercial code Fluent Arobase complemented by numerous modules which are specific to the description of the plasma in the presence of the electric arc. The model takes into account the description of the plasma flow by considering: the Joule effect, the Lorentz forces, the turbulence phenomena and the ablation of nozzles. In order to quantify the radiative flux deposited to the wall, different models such as the P-1 and the DOM approaches have been implemented and applied. Finally, a hybrid model which is benefiting from the advantages of both models is proposed after validation. At first, some backgrounds on HVCB are given. We then present the implementation of the model with different installed modules. The theoretical results related to the pressure rise are compared with experimental results. The ablated mass, corresponding to the deposited energy to the wall, is also compared and validated with experimental results. This ablated mass leads to a geometry deformation that we have also taken into account. We study the influence of the geometry deformation on the pressure rise and therefore the life span of the circuit breaker. Finally, an explanation of the mechanisms leading to the pressure increase in the heating volume is proposed

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Le, Goc Romain. "Caractérisation et modélisation des écoulements dans les milieux fracturés." Phd thesis, Université Rennes 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00467417.

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Abstract:

La gestion d'un aquifère repose sur l'étude de ses propriétés hydrauliques. Nous proposons une approche computationnelle afin de caractériser la structure physique d'un aquifère et les propriétés hydrauliques associées, en focalisant sur l'étude des milieux hétérogènes fracturés où les écoulements sont fortement chenalisés. Ainsi, une première partie cherche à définir le modèle de fracturation sous-jacent à deux sites naturels suédois à partir d'observations corrigées des biais d'échantillonnage. La modélisation choisie repose sur une distribution des longueurs en loi de puissance et sur un terme de densité dépendant des orientations. Les propriétés hydrauliques des milieux hétérogènes, poreux et fracturés, sont ensuite caractérisées grâce à deux indicateurs statistiques décrivant le degré de chenalisation des écoulements à partir de la distance entre deux chenaux principaux et de la longueur efficace des chenaux. Ces indicateurs permettent de relier les propriétés physiques du milieu (hétérogénéité, organisation) à ses propriétés hydrauliques. Finalement, nous tentons d'identifier les composantes principales de la structure de perméabilité à partir de données de charge hydraulique en résolvant le problème inverse associé. On montre ainsi qu'il est possible d'identifier les principales structures contrôlant les écoulements à condition d'utiliser des données contenant une information sur la perméabilité pertinente à l'échelle du site, une paramétrisation représentative des structures principales et une méthodologie appropriée. Ces différentes approches permettent de définir un modèle pertinent des propriétés hydrauliques d'un milieu complexe.

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Gomes, Fernando José Soares. "Modélisation tridimensionnelle des écoulements dans les bâches et volutes." Grenoble INPG, 1993. http://www.theses.fr/1993INPG0153.

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Abstract:

L'ecoulement incompressible tridimensionnel gouverne par les equations de navier-stokes fermees a l'aide d'un modele de turbulence a deux equations (transport de l'energie cinetique turbulente et de dissipation turbulente) est calcule dans un modele de bache volute (avec la prise en compte des avant-directrices). Trois points de fonctionnement ont ete calcules a savoir: sens turbine nominal, sens pompe nominal et sens pompe hors nominal. Les resultats sont confrontes avec ceux des mesures realisees par l'equipe de recherche du centre de recherches et d'essais de machines hydrauliques de grenoble. Les conditions aux limites sont aussi deduites de l'experience. L'etude, pour une geometrie fixee, a permis de mieux comprendre l'ecoulement complexe dans les deux sens de fonctionnement (pompe et turbine), en particulier l'amplification des tourbillons secondaires observee dans le sens pompe et la reduction de ces memes tourbillons secondaires dans le sens turbine. Le modele tridimensionnel avec prise en compte de la turbulence permet d'analyser qualitativement et quantitativement les zones de pertes dans ce type d'ecoulement et peut suggerer l'amelioration de certains defauts geometriques aux constructeurs

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David, Eric. "Modélisation des écoulements compressibles et hypersoniques : une approche instationnaire." Grenoble INPG, 1993. http://www.theses.fr/1993INPG0078.

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Abstract:

La transition a la turbulence en ecoulements cisailles compressibles est abordee a l'aide de simulations numeriques des grandes echelles. Un code aux differences finies resolvant de maniere explicite les equations instationnaires tridimensionnelles completes de navier-stokes et de l'energie est developpe en geometrie curviligne. Grace a un modele sous maille derive du modele de la fonction de structure (metais et lesieur, 1992, j. Fluid mech. , 239, pp. 157-194), nous avons simule, de facon deterministe, le developpement d'une couche limite laminaire a mach 0,5 du bord d'attaque d'un diedre chauffe jusqu'a sa transition a la turbulence. Son evolution tridimensionnelle, a travers notamment la formation de structures coherentes perdurant dans l'ecoulement turbulent, est exploree essentiellement a l'aide de visualisations graphiques tridimensionnelles. Ces memes techniques sont ensuite appliquees a un probleme industriel concernant le volet arriere de la navette hermes et s'apparentant a une rampe de compression. Il est mis en evidence, pour la premiere fois numeriquement, la presence et le developpement spatial organise de tourbillons de gortler impactant le volet. Grace a une resolution spatiale et temporelle plus fine que celle des experiences, nous avons montre l'existence de fortes variations des flux de chaleur a la paroi induites par ces tourbillons

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Fourar, Mostafa. "Analyse expérimentale et modélisation des écoulements diphasiques en fracture." Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT106H.

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Abstract:

Le travail presente dans cette these a pour objectif l'analyse experimentale des ecoulements diphasiques en fracture isolee et l'interpretation des resultats a partir d'un formalisme diphasique en conduite. La fracture est constituee de deux plaques en verre planes maintenues parallelement a une distance negligeable devant leurs extensions laterales et longitudinales. Les deux fluides etudies sont l'eau et l'air. L'analyse experimentale comprend plusieurs aspects: l'identification des differentes structures d'ecoulement, leurs domaines d'existence et l'evolution des pertes de pression et des saturations (ou taux de vide) qui leur sont associees. Une tentative de modelisation, basee sur l'utilisation des equations locales regissant l'ecoulement de chaque phase, a ete effectuee. En supposant que ces ecoulements sont laminaires, les lois macroscopiques ainsi etablies peuvent etre identifiees avec les equations de darcy generalisees couramment utilisees en milieu poreux. Conformement a certains travaux recents, elles mettent de surcroit en evidence les interactions entre phases. Bien que la formulation explicite complete, fondee sur la recherche des lois de frottement parietal et interfacial n'ait pas ete conduite jusqu'a son terme dans le cadre de ce travail, les equations obtenues ont permis une interpretation coherente et satisfaisante des resultats experimentaux en regime laminaire. Quant aux ecoulements en regime turbulent, ils sont convenablement interpretes par le modele de lockhart-martinelli

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Marusic-Paloka, Eduard. "Modélisation par homogénéisation des écoulements en milieux poreux fissurés." Saint-Etienne, 1995. http://www.theses.fr/1995STET4008.

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Abstract:

Dans cette thèse nous présentons plusieurs résultats qui concernent l'homogénéisation appliquée à la modélisation des milieux poreux. Elle est composée de quatre chapitres indépendants. Dans les premier et deuxième chapitres nous étudions le comportement effectif des solutions de l'équation de Laplace et du système de Stokes dans un milieu poreux, contenant une fissure mince. Suivant la relation entre la taille caractéristique des pores et l'épaisseur de la fissure nous trouvons trois modèles différents. Le troisième chapitre présente un résultat qui concerne les estimations d'erreur pour les correcteurs dans l'homogénéisation du système de Stokes et de Navier-Stokes, pour un milieu poreux. Dans le dernier chapitre nous étudions les effets inertiels pour un écoulement visqueux, rapide dans une couche ondulée. Nous trouvons une loi globale non linéaire

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El, Amine Khalid. "Modélisation et analyse numérique des écoulements diphasiques en déséquilibre." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066072.

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Abstract:

On s'interesse a l'etude numerique de modeles bi-fluide d'ecoulements diphasiques en desequilibre decrits par un systeme a six equations. On introduit une technique originale de decomposition du systeme. Cette technique permet l'utilisation de solveurs de riemann developpes pour les ecoulements monophasiques ; de plus elle permet une extension directe a d'autres modeles plus evolues contenant des termes d'echanges entre phases plus precis. Les proprietes des fluides sont approchees par des lois d'etat de type gaz parfait polytropique puis etendues au cas des fluides reels. Pour la construction des schemas numeriques, l'hyperbolicite du systeme global n'est pas necessaire. En utilisant des schemas cinetiques decentres appropries de type volumes finis, on montre que la methode est capable de traiter differents regimes d'ecoulements pouvant evoluer d'un ecoulement diphasique a un ecoulement monophasique et vice versa, tout en preservant les caracteristiques des grandeurs physiques qui restent dans l'ensemble des etats admissibles. Plusieurs tests numeriques modelisant des problemes physiques sont presentes pour illustrer l'efficacite de la methode proposee.

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Vuillon, Joe͏̈l. "Modélisation et simulation numérique des écoulements confinés eulériens instationnaires." Aix-Marseille 1, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX11051.

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Abstract:

Cette these porte sur la modelisation et la simulation des ecoulements confines euleriens instationnaires. La premiere partie de ce travail porte sur la modelisation de l'ecoulement instationnaire subsonique dans la cavite des lasers de puissance repetitifs. L'ecoulement est regit par le systeme des equations d'euler resolu algorithmiquement par des methodes a correction de flux (fct). On s'attache plus particulierement a decrire le systeme d'ondes instationnaires induit par l'apport repetitif d'energie au col de la cavite du laser chimique, pour lequel = f(t). L'ecoulement est modelise de maniere bidimensionnelle sur l'intervalle de temps correspondant a la periode entre deux decharges, en configuration de monotir et de decharges successives. Les instabilites d'ecoulement issues de la decharge sont clairement mises en evidence, ainsi que l'influence d'un absorbeur acoustique situe sur les parois de la cavite. Pour finir, la modelisation est etendue au volume complet de la cavite, pour lequel on met clairement en evidence l'influence de la direction optique sur le niveau de perturbations residuel. La seconde partie de ce travail porte sur la modelisation des differentes configurations de reflexion stationnaire d'une onde de choc oblique. Le formalisme developpe pour les cavites laser est applique ici a un ecoulement supersonique. Cette etude permet de completer les resultats analytiques et experimentaux sur la reflexion de mach, et d'extraire un nouveau parametre de la transition (rr)(mr) lie a la geometrie

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Quemar, Pierrick. "Modélisation et analyse numérique des écoulements à surface libre." Thesis, Paris 13, 2019. http://www.theses.fr/2019PA131022.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution numérique des équations tridimensionnelles de Navier–Stokes à surface libre, écrites sous formalisme ALE, par la méthode des éléments finis. Ces équations permettent la représentation d’écoulements environnementaux. L’objectif initial et principal porte sur une analyse précise des limitations existantes des méthodes numériques et de possibles voies d’amélioration, mathématiquement justifiées, afin de réviser et d’améliorer le cœur numérique du code hydrodynamique Telemac-3D, développé par le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement d’EDF R&D. Nous décrivons ainsi précisément l’algorithme de ce dernier et nous l’évaluons à l’aune des publications les plus récentes. Ainsi, au sein de ce logiciel,les équations de Navier–Stokes à surface libre dans lesquelles la pression a été décomposée en une partie hydrostatique et une partie non-hydrostatique sont résolues. Une des limitations majeures concerne le fait que la vitesse calculée ne satisfait pas l’équation de continuité. De plus, nous avons relevé l’existence d’une restriction sur le pas de temps.Des voies alternatives sont explorées, et un algorithme très différent est analysé et programmé à des fins de comparaison. La stratégie numérique consiste à convecter la surface libre, à mettre à jour le domaine et à résoudre ensuite les équations de Navier–Stokes.Considérant cette approche, nous analysons un schéma éléments finis explicite d’ordre 1 en temps avec un terme de stabilisation symétrique pour l’équation cinématique de surface libre. Nous montrons que ce schéma permet de satisfaire deux propriétés importantes: la conservation globale de la masse d’eau et la divergence nulle faible. De plus, nous démontrons la stabilité conditionnelle de l’algorithme et nous proposons une nouvelle formulation variationnelle associée aux équations de Navier–Stokes permettant d’aboutir à un schéma éléments finis semi-implicite en temps, qui est stable indépendamment de la vitesse du domaine et d’une vitesse de convection à divergence nulle exacte.Finalement, certains modèles simplifiés utilisés dans d’autres logiciels développés par EDF R&D, notamment le modèle asymptotique en fréquence de Berkhoff utilisé au sein du logiciel Artemis [51], sont également étudiés afin d’acquérir une vue d’ensemble du domaine.L’équation de Berkhoff est dérivée asymptotiquement des équations de la houle linéaire.Une étude systématique de la dérivation de différents modèles simplifiés (Berkhoff, Shallowwater linéaire, Helmholtz) à partir des équations de la houle linéaire est effectuée.Le calcul d’une solution approchée des équations de Berkhoff utilisant des résultats de l’optique géométrique complète ce chapitre
In this thesis, we are interested by Finite Elements methods for the three-dimensional free surface Navier–Stokes equations under the ALE formulation. They enable to simulate geophysical flows. The initial and main goal is to analyse the existing limitations of these numerical methods and to provide perspectives of improvement, justified mathematically.This purpose helps us to present a review and improvement way for Telemac-3D, which is a hydrodynamics industrial software developed by the Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement of EDF R&D. Therefore, we analyse precisely and we evaluate this algorithm, with respect to the recent scientific publications. This software solves the free surface Navier–Stokes equations with the decomposition of the pressure through a hydrostatic part and a dynamic part. A major limitation is that the velocity field of the fluid is not divergence-free. Furthermore, we highlight a time restriction on the time step. Moreover, alternative approaches are studied and compared. In particular, we focus on a numerical strategy which consists in advecting the free surface, in updating the domain and in solving the Navier–Stokes equations. Based on this strategy, we analyze a first order explicit scheme in time with a Finite Elements stabilization term. The numerical method allows to ensure important properties : the mass conservation of the water quantity and the weak free divergence condition. We demonstrate that this scheme is conditionally stable in time. Besides, we propose a new variational formulation allowing to obtain a semi-implicit scheme in time combined with the Finite Elements method,which is stable independently from the velocity of the mesh and without an exact free divergence velocity.Finally, in order to expand the hydrodynamic knowledges, some simplified models used in other software developed by EDF R&D are studied. In particular, we focus on the mild-slope equation solved in the software Artemis [51]. It is an asymptotic model derived from the linear water wave equation. As a consequence, we study the hypothesis and the validity of the derivation. An approximate analytical solution is additionally derived for this purpose. Moreover, comparisons with other asymptotic models, such as the linear shallow water equation or the Helmholtz equation, are presented

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Sauvaget, Patrick. "Modélisation numérique des écoulements stratifiés en estuaires et réservoirs." Grenoble INPG, 1987. http://www.theses.fr/1987INPG0020.

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Pouget, Clémentine. "Modélisation et simulation des systèmes électrolytiques multiphasiques réactifs dans l’environnement ProSim : Application aux géo-ressources." Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3005/document.

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Abstract:

La simulation des procédés est un outil de développement, de dimensionnement et d’optimisation des procédés dans les industries chimiques, pétrochimiques, pharmaceutiques, alimentaires, de l’énergie ou du traitement de gaz. Elle fournit une représentation des opérations du procédé en utilisant des modèles mathématiques pour chaque opération unitaire, s’assurant du respect des bilans de matière et d’énergie. Cependant l’utilisation de la simulation des procédés dans l’industrie peut être limitée par un manque de connaissance en thermodynamique.L’étude réalisée dans le cadre de cette thèse a pour objectif d’enrichir les modèles thermodynamiques adaptés aux solutions électrolytiques des logiciels de ProSim® avec les compétences du LaTEP dans le cadre d’applications aux géo-ressources et en profitant de la modélisation des opérations unitaires déjà présentes dans les logiciels de ProSim®.Dans un premier temps, les concepts et les définitions de base de la thermodynamique des solutions, nécessaires au développement des modèles, et notamment du cas particulier des solutions électrolytiques seront présentés, aboutissant sur l’écriture des divers équilibres permettant de décrire les solutions électrolytiques.Puis les grands principes des différents modèles thermodynamiques nécessaires à l’écriture des équilibres des solutions électrolytiques seront présentés, en mettant l’accent sur les modèles de coefficient d’activité qui sont alors spécifiques aux modèles électrolytiques prenant en compte les interactions de longue portée engendrées par la présence d’ions.Enfin, trois cas d’études de systèmes électrolytiques multiphasiques réactifs appliqués aux géo-ressources sont examinés : la géothermie profonde ; le traitement de gaz acides, issus de fumées de l'oxy-combustion d’une centrale à charbon ; la récupération du lithium
Chemical process simulation is a very useful tool to improve the development, design and optimization of processes. Then, it can help in the chemical, petrochemical, pharmaceutical, energy production, gas processing, environmental, and food industries. It provides a representation of the operations of the process using mathematical models for the different unit operations, ensuring that mass and energy balances are satisfied. However, the use of process simulation in industry is currently being limited by a lack of understanding of thermodynamics

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Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation des écoulements multiphasiques'

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