Academic literature on the topic 'Simulation par Mécanique des Fluides Numérique'

Un des objectifs principaux de l’arrêté du 21 juillet 2015 est de limiter les déversements non contrôlés du réseau d’assainissement vers le milieu naturel. Certaines collectivités, telles qu’Orléans Métropole, ont mis en place des vannes à basculement sur les conduites exutoires de leurs déversoirs afin de maximiser le stockage en réseau et de retarder ainsi les déversements d’eau vers le milieu naturel. Le présent travail consiste à concilier l’usage de ce type de vanne avec l’obligation d’autosurveillance, induite par le même arrêté, en élaborant une loi de calibration. Après une caractérisation du fonctionnement hydraulique de ce type de vanne, notamment en écartant l’influence du poids de la vanne et du clapet antiretour, une approche 1D, basée sur le couplage d’une loi d’orifice et d’un calcul de courbe de remous à charge spécifique constante, est proposée avant d’être validée par modélisation 3D avec un logiciel de mécanique des fluides numérique. Enfin, l’article conclut sur la proposition d’un dispositif de mesure adapté à ce type de vanne, composé d’une sonde à ultrasons en amont et d’un détecteur de basculement sur la vanne, et à un calcul de l’incertitude assortie à l’évaluation du débit, environ 20%.

Le colloque « Indentation 2021 » du Groupe GIME (Groupe indentation multi-échelle) de la SF2M s’adressait aux universitaires et aux industriels intéressés par les problématiques de la caractérisation mécanique par indentation instrumentée à différentes échelles. Les objectifs de cette série de colloques sont d’échanger sur les récentes avancées de cette technique en termes de développements expérimentaux, de caractérisation de propriétés et de comportement, de gammes de matériaux étudiées, d’analyse des résultats ou de simulation numérique.

Un outil numérique est développé pour simuler une hiérarchie de cas d'épreuve représentatifs des phénomènes physiques complexes qui se produisent dans les prises d'air supersoniques : interaction choc / couche limite de plaque plane, écoulement stationnaire dans une prise d'air générique avec système de contrôle par paroi perforée, écoulement instationnaire dans une prise d'air générique avec contre-pression aval fluctuante. Les écoulements transsoniques turbulents étudiés sont décrits à l'aide des équations de Navier-Stokes moyennées (RNAS) fermées par un modèle de turbulence élaboré existant, modèle aux tensions de Reynolds sans distance à la paroi ; un classique modèle de turbulence est également mis en oeuvre pour évaluer l'apport du modèle RSM. Les équations RANS sont discrétisées à l'aide d'un schéma compact original, dit schéma basé sur le résidu ; des schémas décentrés classiques (Van Leer et AUSM+) sont également utilisés à titre de comparaison. La simulation d'un dispositif de contrôle par paroi perforée est réalisée en modélisant le dispositif à l'aide de différentes "lois" proposées dans la littérature (Darcy, Poll, Böhning-Doerffer), qui peuvent ainsi être comparées les unes aux autres. L'influence des paramètres numériques propres à chaque configuration est soigneusement étudiée ; des comparaisons calcul / expérience sont systématiquement effectuées, ainsi que des comparaisons entre les différents schémas et modèles mis en oeuvre. La capacité de l'association schéma basé sur le résidu / modèle RSL à simuler efficacement des écoulements dans les prises d'air supersoniques est ainsi démontrée.

On aborde dans cette thèse l'étude théorique et numérique de la Turbulence Cinématiquement Homogène Isotrope et Massiquement Inhomogène (T. C. H. I. M. I. ). A travers cette configuration, notre travail a permis de mettre en évidence certains mécanismes fondamentaux relatifs à la classe des écoulements turbulents basse vitesse à masse volumique variable. A l'aide d'une méthode pseudo-spectale classique, un outil numérique a été développé permettant la simulation directe de la T. C. H. I. M. I. . Cet écoulement turbulent à faible nombre de Mach mélange des poches de gaz de masse volumique différente, dont le rapport de densité initial vaut 5. Pour étudier l'influence de la variation de masse volumique constante, la situation à masse volumique variable est comparée au cas isovolume à travers différents moments statistiques. Dans le but d'accentuer les effets de densité, notre analyse s'est également orientée vers la détermination des facteurs susceptibles d'engendrer des modifications cinématiques plus significatives. Pour ce faire, des bilans spectraux d'énergie cinétique et d'enstrophie ont, entre autre, été mis en place. Différents calculs ont été conduits, amenant à une meilleure compréhension des mécanismes prépondérants dans cette situation

On presente une approche numerique du probleme d'agitation mecanique a l'interieur des cuves agitees. La methode des elements finis utilisee permet de calculer des ecoulements laminaires de fluides visqueux incompressibles, newtoniens ou pseudoplastiques, generes par l'agitation mecanique. La discretisation du systeme d'equations instationnaires et non lineaires est deduite d'une methode de differences finies a trois pas fractionnaires en temps, couplee a une methode d'elements finis pour l'approximation spatiale des variables primitives. Le programme permet de prendre en compte differents nombres de reynolds et differents types de geometries et d'agitateurs. Les maillages des diverses geometries representatives des systemes d'agitation sont fournis par un preprocesseur specialement developpe pour cette these. On presente ici des solutions numeriques d'ecoulement isothermes de fluides pseudoplastiques dans des cuves cylindriques a fond plat pour deux types d'agitateurs particuliers, a savoir: le disque rotatif et la vis helicoidale. En ce qui concerne le premier, des comparaisons avec des resultats bidimensionnels axisymetriques issus de la litterature ont ete effectuees. Une premiere confrontation entre des resultats numeriques et experimentaux relatifs a la vis helicoidale a egalement ete commentee

L'oxydation hydrothermale est un procédé innovant de minéralisation des déchets organiques liquides qui utilise les propriétés de l'eau supercritique pour obtenir un mélange homogène du composé organique et de l'oxydant. Le réacteur étudié ici est un réacteur agité double enveloppe. Dans l'étape de nucléarisation, la simulation numérique s'est imposée pour connaître les champs de température dans le réacteur nécessaire à la conception des dossiers de sûreté. Dans un premier temps, la simulation numérique d'un réacteur tubulaire simple permet de valider l'hypothèse d'un fluide incompressible et l'utilisation du modèle de turbulence k-[oméga] pour représenter l'hydrodynamique d'un fluide supercritique. De plus, le modèle EDC s'est avéré aussi efficace que la cinétique chimique pour calculer la vitesse de réaction dans ce réacteur. Dans un second temps, l'étude de l'écoulement turbulent dans le réacteur double enveloppe agité permet de valider l'utilisation d'une géométrie 2D axisymétrique par rapport à une géométrie 3D pour le calcul des transferts thermiques malgré la géométrie complexe de l'agitateur. Il apparaît également que le mélange eau-air n'est pas monophasique dans la partie froide comme nous l'avions supposé pour simplifier le modèle. L'écoulement turbulent réactif est bien représenté par le modèle EDC après adaptation des conditions initiales. La vitesse de réaction dans le réacteur agité double enveloppe serait principalement contrôlée par le mélange des espèces et non par la cinétique
Supercritical water oxidation is an innovative process to treat organic liquid waste which uses supercritical water properties to mix efficiency the oxidant and the organic compounds. The reactor is a stirred double shell reactor. In the step of adaptation to nuclear constraints, the computational fluid dynamic modeling is a good tool to know required temperature field in the reactor for safety analysis. Firstly, the CFD modeling of tubular reactor confirms the hypothesis of an incompressible fluid and the use of k-[oméga] turbulence model to represent the hydrodynamic. Moreover, the EDC model is as efficiency as the kinetic to compute the reaction rate in this reactor. Secondly, the study of turbulent flow in the double shell reactor confirms the use of 2D axisymetric geometry instead of 3D geometry to compute heat transfer. Moreover, this study reports that water-air mixing is not in single phase. The reactive turbulent flow is well represented by EDC model after adaptation of initial conditions. The reaction rate in supercritical water oxidation reactor is mainly controlled by the mixing

Les méthodes de domaines fictifs permettent de simuler numériquement des écoulements autour de structures complexes et/ou mobiles à l’aide de maillages simples. L’objet solide est alors « immergé » dans un domaine de calcul englobant le fluide et le solide. Dans un premier temps, on étudie une méthode de pénalisation, qui consiste à ajouter un terme dans l’équation de conservation de la quantité de mouvement du fluide afin d’imposer la vitesse du solide. Grâce à des développements asymptotiques, on obtient une estimation de l’erreur induite par cette approche lorsque le solide est en mouvement. Ce procédé est ensuite couplé avec un schéma de projection vectorielle permettant d’imposer la contrainte d’incompressibilité. La convergence du schéma ainsi obtenu, vers les équations de Navier-Stokes, est établie. Dans un second temps,une approche originale capable de traiter des écoulements multiphasiques est développée : la méthode de porosité variable. L’idée principale est de considérer le solide comme un milieu sans masse. La discrétisation des bilans massiques de chaque phase est alors modifiée, de sorte que le volume total occupé par l’ensemble des phases fluides soit égal au volume laissé libre parle solide. Cette méthode est validée numériquement sur un ensemble varié de cas test comprenantd es écoulements monophasiques incompressibles et compressibles ainsi que des écoulements diphasiques
Fictitious domain methods allow to simulate flows around complex and/or moving bodies with simple meshes. The object is "immersed" in a domain that contains fluid and solid volumes. The penalization method, which consists in adding a term in the momentum balance equation, in order to impose the solid velocity, is studied in a first part. Thanks to asymptotic expansions, the order of the error induced by this method is computed for moving bodies. This approach is then coupled with a Vector Penalty Projection scheme that permits to impose the incompressibility constraint. The convergence of the penalized scheme towards the Navier-Stokes equations is established. In a second part, an original approach, able to treat multiphase flowsis presented: the Time and Space Dependent Porosity method. The key idea is to consider the solid as a medium without mass. The discretization of the mass balance equation is modified,so that the total volume occupied by all fluid phases and the solid is equal to the total volume.This method is numerically validated on a set of various test cases including incompressible or compressible single phase flows and two-phase flows

La méthode des développements asymptotiques raccordés est utilisée pour étudier l'écoulement potentiel engendré par un corps élancé perçant la surface libre à forts nombres de Froude. Cette méthode permet d'obtenir une solution composite au premier ordre, tenant compte de certaines non-linéarités du problème initial. Le problème simplifié est résolu numériquement en utilisant une méthode mixte Euler-Lagrange. Le domaine et le degré de validité de l'approche sont testés en comparant les résultats obtenus à des solutions analytiques puis à ceux d'expériences réalisées à cet effet.

Ce travail concerne la prise en compte d'une cinétique de cristallisation dans un code par éléments finis bidimensionnel de remplissage de moule par des thermoplastiques. Il s'agit de calculer la cristallisation et d'en déduire l’épaisseur solide de polymère formée pendant le remplissage, en injection conventionnelle et en injection push-pull. La cinétique est basée sur le modèle d'avrami-evans-kolmogorov écrit sous forme différentielle. L’équation de la chaleur est écrite sous forme enthalpique et est résolue en température et en taux de cristallinité. Le modèle cinétique nous permet de calculer la fraction volumique transformée dès que la température du polymère est inférieure à la température d’équilibre thermodynamique. Un point fixe couple le calcul de cristallisation au calcul thermique et pour des refroidissements statiques un algorithme de pas de temps adaptatif basé sur l'estimateur d'erreur à posteriori permet de réduire les coûts de calcul. En injection, un autre algorithme de pas de temps, macro/micro a permis de coupler la mécanique à la thermique et au calcul de la cristallisation. La méthode des caractéristiques employée pour le transport permet de suivre l'histoire du matériau. Des simulations de refroidissements statiques et de remplissages ont permis de valider le modèle. Ces simulations ont également mis en évidence l'importance de la condition aux limites en flux de chaleur entre le moule et le polymère ainsi que le choix d'une fraction transformée de non écoulement.

Des sillages complexes sont étudiés par Simulations Numériques Directes et aux Grandes Echelles. Afin de tenir compte de l'obstacle, une méthode de forçage a été implantée au sein d'un code de calcul qui utilise des méthodes numériques de haute précision sur un maillage cartésien. Pour modéliser le plus fidèlement possible l'écoulement autour d'un cylindre, la méthode de forçage a subi des modifications. Ainsi à l'aide d'un écoulement miroir, défini au sein de l'obstacle, nous avons amélioré cette méthode. Les SND autour d'un cylindre mettent en évidence ces améliorations. En particulier, nous nous sommes attachés à démontrer l'importance de l'utilisation de schémas de discrétisations spatiales d'ordre élevées dans le cadre de notre étude. L'étude d'un sillage de cylindre pour un nombre de Reynolds de 3900 a permis de valider notre approche dans le cadre des SGE. Enfin une étude préliminaire d'une couche de mélange en interaction avec un sillage est proposée
Complex wakes are studied by Direct and Large Eddy Simulations. In order to take account of the obstacle, a method of forcing was established in numerical code which uses numerical methods of high precision on a Cartesian grid. In order to keep accurately best possible in modelling the flow around a cylinder, the method of forcing underwent modifications. Thus using a flow mirror, definite within the obstacle, we improved this method. The DNS around a cylinder highlight at these improvements. In particular, we highlighted the importance of using high order space discretizations schemes within the framework of our study. The study of a wake of cylinder for a Reynolds number of 3900 was used to validate our approach within the framework of the LES. Finally a preliminary study of a mixing layer in interaction with a wake is proposed

L'objectif de la thèse est la simulation numérique de l'hydrodynamique et du mélange en colonnes à bulles. En régime homogène, les bulles de gaz montent uniformément; en augmentant le débit de gaz, le régime devient hétérogène avec la présence de "grosses" structures. Ces structures ont un caractère instationnaire et contribuent au mélange. Il s'agit donc de simuler ces structures. La première partie explique l'apparition des "grosses" structures à partir d'une analyse de stabilité d'une colonne à bulles. Un régime d'écoulement permanent et établi est perturbé. L'analyse détermine dans quelles conditions la perturbation s'amplifie. Notre approche permet d'unifier des travaux antérieurs et d'expliquer les différences entre les modèles. Le rôle prépondérant de la déformation des bulles est intégré à l'analyse de stabilité. L'analyse est validée à partir de mesures de la vitesse du gaz et la vitesse de propagation des ondes, à différentes vitesses de liquide. L'analyse de stabilité permet aussi de déterminer la transition entre régimes d'écoulement en colonne à bulles et en conduite. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique. Des simulations ont été menées dans un système parallélépipédique, fermé au liquide, avec une injection de gaz ponctuelle. La prédiction de "grosses" structures en présence d'un panache gazeux est validée avec les travaux de Sokolichin & Eigenberger (1994). Nous retrouvons le rôle déterminant de la modélisation de la masse ajoutée. Nous avons simulé une colonne à bulle de section rectangulaire, fermée au liquide avec une injection de gaz uniforme, en testant différentes options de modélisation de la traînée et de la masse ajoutée. A ces simulations de l'hydrodynamique ont été couplés des traçages effectués sur une hydrodynamique instationnaire qui démontrent le rôle essentiel des "grosses" structures sur le mélange dans une colonne à bulles
The objective of this thesis is the numerical simulation of hydrodynamics and mixing in bubble columns. Experimentally, two different flow behaviours for bubble columns can be observed. In the homogeneous flow, the gas bubbles move upward uniformly. If the gas flow rate increases, the system becomes heterogeneous. This flow is characterised by the presence of large structures. These structures have an unsteady behaviour, and it is possible that they enhance the mixing in bubble columns. In the first part, the existence of large structures in bubble columns is explained by a stability analysis. An uniform bubbly flow is perturbed and the analysis of stability determines the conditions at which this perturbation is amplified. This analysis is based on two main approaches presented in the literature. A particular objective of this research was the synthesis of such approaches, taking into account the importance of bubble deformation in stability. The proposed approach was validated with experimental data of gas velocity and kinematic velocity at several liquid flow rates. In addition this approach allows to analyse the stability and to determine the transition between flow regimes in bubble columns and in pipe flows. The second point is devoted to the numerical simulation of bubble columns in unsteady flows. Simulations were performed for a rectangular system without liquid flow and with a punctual gas flow rate (Sokolichin & Eigenberger, 1994). The importance of the added mass force which is modelled as a function of the gas fraction and bubble deformation is determined. Finally, a simplified CFD model of bubble column has been constructed with a rectangular surface and an uniformly distributed gas feed at the bottom. The aim of such simulations was to test different models for the drag and added mass forces. Simulated tracer tests were carried out and the results confirmed the importance of the large structures in terms of the concentration transport

Le récent développement des menaces terroristes renforce l'effort de recherche du CEA et d'EDF pour la protection des citoyens et des installations. De nombreux scénarios doivent être envisagés comme, par exemple, la chute d'un avion de ligne sur une structure de génie civil. La dispersion du carburant dans la structure, son embrasement sous forme de boule de feu et les effets thermiques associés sont des éléments essentiels du problème. L'utilisation de modèles numériques est indispensable car des expériences seraient difficiles à mettre en œuvre, coûteuses et dangereuses. Le problème type que l'on cherche à modéliser est donc l'impact d'un réservoir rempli de fluide, sa déchirure et la dispersion de son contenu. C'est un problème complexe qui fait intervenir une structure mince avec un comportement fortement non-linéaire allant jusqu'à rupture, un fluide dont la surface libre peut varier drastiquement et des interactions fluide-structure non permanentes. L'utilisation des méthodes numériques traditionnelles pour résoudre ce problème semble difficile, essentiellement parce qu'elles reposent sur un maillage. Cela complique la gestion des grandes déformations, la modélisation des interfaces variables et l'introduction de discontinuités telles que les fissures. Afin de s'affranchir de ces problèmes, la méthode sans maillage SPH (\og Smoothed Particle Hydrodynamics \fg) a été utilisée pour modéliser le fluide et la structure. Ce travail, inscrit dans la continuité de recherches précédentes, a permis d'étendre un modèle de coque SPH à la modélisation des ruptures. Un algorithme de gestion des interactions fluide-structure a également été adapté à la topologie particulière des coques. Afin de réduire les coûts de calcul importants liés à ce modèle, un couplage avec la méthode des éléments finis a également été élaboré. Il permet de n'utiliser les SPH que dans les zones d'intérêt où la rupture est attendue. Finalement, des essais réalisés par l'ONERA sont étudiés pour valider la méthode. Ces travaux ont permis de doter le logiciel de dynamique rapide Europlexus d'un outil original et efficace pour la simulation des impacts de structures minces en interaction avec un fluide. Un calcul démonstratif montre enfin la pertinence de l'approche et sa mise en œuvre dans un cadre industriel.