Dissertations / Theses on the topic 'Simulations Euler-Lagrange'
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Senoner, Jean-Mathieu. "Simulations aux grandes échelles de l’écoulement diphasique dans un brûleur aéronautique par une approche Euler-Lagrange." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0024/document.
Abstract:
Les turbines à gaz aéronautiques doivent satisfaire des normes d'émissions polluantes toujours en baisse. La formation de polluants est directement liée à la qualité du mélange d’air et de carburant en amont du front de flamme. Ainsi, leur réduction implique une meilleure prédiction de la formation du spray et de son interaction avec l'écoulement turbulent gazeux. La simulation aux grandes échelles (SGE) semble un outil numérique approprié pour étudier ces mécanismes. Le but de cette thèse est d’évaluer l'impact de modèles d'injection simplifiés sur la SGE de l'écoulement diphasique évaporant d’une configuration complexe. La configuration cible choisie est un brûleur aéronautique installé sur le banc expérimental MERCATO. Le banc expérimental est equipé d’un système d’injection d'air vrillé et d’un système d'injection liquide avec un atomiseur pressurisé swirlé représentatif de foyers aéronautiques réels. Dans un premier temps, un modèle d'injection simplifié pour atomiseurs pressurisés swirlés négligeant les effets de l'atomisation sur la dynamique du spray est présenté. L'objectif principal de ce modèle réside dans la reproduction de conditions d’injection similaires pour des traitements Eulériens et Lagrangiens de la phase particulaire. Dans un second temps, la composante Lagrangienne de ce modèle d'injection est combinée à un modèle d'atomisation secondaire de la litérature pour permettre une prise en compte partielle des phénomènes de pulvérisation liquide. Les SGE de l'écoulement diphasique évaporant de la configuration MERCATO présentées comportent deux aspects. Premièrement, différents modèles d’injection sont évalués pour quantifier leur impact sur la dynamique de la phase particulaire. Deuxièmement, une comparaison de simulations Euler-Euler et Euler-Lagrange reposant sur un modèle d'injection unifié est effectuéeAeroautical gas turbines need to satisfy growingly stringent demands on pollutant emission. Pollutant emissions are directly related to the quality of fuel air mixing prior to combustion. Therefore, their reduction relies on a more accurate prediction of spray formation and interaction of the spray with the gaseous turbulent flowfield. Large-Eddy Simulation (LES) seems an adequate numerical tool to predict these mechanisms. The objective of this thesis is to evaluate the impact of simplified injection methods on the LES of the evaporating two-phase flow inside a complex geometry. The chosen target configuration is an aeronautical combustor installed on the MERCATO test-rig. The experimental setup includes an air-swirler injection system and a pressureswirl atomizer typical of realistic aeronautic combustors. In a first step, a simplified injection model for pressure swirl atomizers neglecting the impact of liquid disintegration on spray dynamics is presented. The main objective of this model lies in the reproduction of similar injection conditions for Eulerian and Lagrangian representations of the dispersed phase. In a second step, the Lagrangian injection method is combined to a secondary breakup model of the literature to partly account for the liquid disintegration process. The presented LES’s of the evaporating two-phase flow inside the MERCATO geometry consider two different aspects. First, the impact of injection modeling on spray dynamics is assessed. Second, Euler-Euler and Euler-Lagrange simulations relying on the common simplified injection model are compared
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Hannebique, Grégory. "Etude de la structure des flammes diphasiques dans les brûleurs aéronautiques." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0026/document.
Abstract:
La régulation des polluants a mené à la création de nouveaux systèmes de combustion. Le carburant étant stocké sous forme liquide, sa transformation jusqu’à sa combustion est complexe. La capacité de la Simulation aux grandes échelles à simuler des écoulements turbulents réactifs a été montrée sur des cas académiques comme sur des configurations industrielles, tout en prenant en compte les phénomènes multiphysiques intervenant dans ces configurations, mais les études sur la structure de flamme diphasique sont encore trop peu nombreuses. La présence de deux solveurs pour la simulation d’une phase liquide étant disponible dans le code AVBP, leur utilisation permet une comparaison et une compréhension des phénomènes en jeu combinant dispersion, évaporation, et combustion. La première partie de l’étude relate la validation du modèle d’injection FIM-UR. Ce modèle est capable de reconstruire les profils de vitesses et de granulométrie à l’injecteur sans avoir à simuler les phénomènes d’atomisation primaire et secondaire. Une validation en régime turbulent avait déjà été réalisée, et on propose ici de valider le modèle dans un cas laminaire. Des comparaisons entre simulations monodisperses et polydisperse et des expériences sont effectuées. La simulation monodisperse Lagrangienne donne une bonne structure globale mais la simulation polydisperse Lagrangienne permet de retrouver le comportement au centre du cône avec la présence des petites gouttes et à la périphérie du cône par la présence des grosses gouttes. De plus, des améliorations sont apportées au modèle pour le formalisme Eulérien et montrent de bons résultats. La partie suivante s’intéresse à caractériser un spray polydisperse par une distribution monodisperse. En effet, au cas où une approche polydisperse n’est pas possible, le choix du diamètre moyen à prendre pour une simulation monodisperse est délicat. On propose donc d’analyser le comportement d’un spray polydisperse en le comparant à ceux de sprays monodisperses. Deux configurations académiques sont choisies : des cas de Turbulence Homogène Isotrope chargée en particules pour étudier la dynamique, et des calculs d’évaporation 0D. Trois paramètres sont étudiés pour la dynamique : la concentration préférentielle (ou ségrégation), la traînée moyenne et la traînée réduite moyenne. Cette dernière et la ségrégation de la distribution polydisperse semblent affectées par les tailles de goutte les plus faibles, et la concentration préférentielle apparait alors comme la moyenne des ségrégations des classes qui la composent pondérées par l’inverse du nombre de Stokes associé à chacune de ces classes. La traînée moyenne de la simulation polydisperse possède un comportement proche des diamètres moyens D10 et D20. Ces analyses nous poussent donc à choisir le D10 pour caractériser la dynamique d’un spray polydisperse. Les calculs d’évaporation 0D ne permettent pas dans un premier temps de caractériser efficacement la masse évaporée d’un spray polydisperse par celle d’un spray monodisperse équivalent, mais la définition de nouveaux diamètres issus de la littérature des lits fluidisés comme le D50% le permet, ce qui le place autour du D32. On propose donc de caractériser l’évaporation d’un spray polydisperse par ce diamètre. Enfin, la dernière partie étudie la structure de flamme diphasique dans la chambre MERCATO, à l’aide du formalisme Lagrangien, monodisperse et polydisperse, mais aussi en utilisant le formalisme Eulérien. La validation du modèle FIM-UR du premier chapitre et ses améliorations sont utilisées pour représenter les conditions d’injection liquide. En plus d’un calcul polydisperse, deux simulations monodisperses Lagrangiennes sont réalisées en prenant les diamètres moyens D10 et D32, suite à la partie précédente. Des comparaisons qualitatives et des validations sont réalisées, en comparant des profils de vitesses gazeuses axiale et fluctuante et vitesse axiale liquide issus de l’expérienceRegulations on pollutants have led to the creation of new combustion systems. Giving that fuel is stored in a liquid form, its evolution until combustion is complex. The ability of Large Eddy Simulation has been demonstrated on academic cases, as well as on industrial configurations, by taking into account the multi-physics phenomena, but there is a lack of studies about two-phase flow flame structures. Two solvers for the simulation of two-phase flows are available in the AVBP code, hence both simulations are performed to compare and increase understanding of the phenomena involved such as dispersion, evaporation and combustion. The first part of the study focuses on the validation of the FIM-UR injection model. This model is able to build velocity and droplet profiles at the injector, without simulating primary and secondary break up. A validation in a turbulent case has already been done, and this study validates the model in a laminar case. Comparisons between monodisperse and polydisperse simulations, and experiments are performed. The monodisperse Lagrangian simulation shows good results but the polydisperse simulation is able to represent profiles in the center of the cone by small droplets and at the peripheral part of the cone, by big ones. Moreover, improvements in the Eulerian model exhibit good results. The next section tries to evaluate the impact of polydispersion. Indeed, when a polydisperse approach is not available, choosing the mean diameter can be tricky. A comparison between the behavior of polydisperse spray and monodisperse sprays ones is realised. Two academic cases are studied: Homogeneous Isotropic Turbulence with particles to analyze the dynamics, and 0D evaporation cases. For the dynamics, preferential concentration, mean drag and reduced mean drag are studied. The latter and preferential concentration are affected by small droplets, and the preferential concentration of a polydisperse spray is equivalent to the average of preferential concentration of classes, extracted from the polydisperse distribution, weighted by the inverse of the Stokes number of each class. The mean drag behaves like the D10 and D20 mean drags. This analysis allows us to choose the D10 to characterize a polydisperse distribution for the dynamics. Zero-D evaporation simulations cannot characterize the polydisperse spray evaporated mass by the evaporated mass of monodisperses sprays. New definitions of diameters from fluidized bed literature enable the use of D50%, which is close to D32. We propose to use this diameter to characterize the evaporation of a polydisperse spray. Finally, the last section studies the structure of two-phase flames in the MERCATO bench, using the Lagrangian formalism, monodisperse and polydisperse but also using the Eulerian formalism. The validation of FIM-UR model and improvements from the first section are used to represent liquid injection conditions. A polydisperse simulation is realized and two monodisperse simulations are computed using mean diameters D10 and D32, thanks to the previous section. Qualitative comparisons and validations are realized, comparing gaseous velocity profiles and liquid velocity profiles. Good agreements are found and the mean diameter D32 seems to be close to the polydisperse spray. A comparison between mean flames is done with an Abel transform of the flame from the experiments. The flame has an "M shape", anchored by small recirculation zones out of the swirler, and by a point at the tip of the central recirculation zone. Then, the impact of droplet distributions is analyzed. Even if few bigger droplets from the polydisperse distribution are convected in the hot gases due to bigger particular time and evaporation time, two-phase flow flame structures are equivalent. Different combustion regimes appeared with premixed flames and pockets of fuel burning in the hot gases
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Ali, Abd El Aziz Essa Mohamed. "COUPLED LAGRANGE-EULER MODEL FOR SIMULATION OF BUBBLY FLOW IN VERTICAL PIPES CONSIDERING TURBULENT 3D RANDOM WALKS MODELS AND BUBBLES INTERACTION EFFECTS." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2012. http://hdl.handle.net/10251/18068.
Abstract:
Una nueva aproximación euleriana-lagarangiana, en su forma de acople en dos vías, para la simulación de flujo de burbujas, agua-aire es presentada en la tesis, en la que se incluyen los efectos de las colisiones entre burbujas, así como las posibles roturas o coalescencia de burbujas. Esta aproximación utiliza el modelo Continuous Random Walk, CRW, para tener en cuenta las fluctuaciones de la velocidad. Esta aproximación se enmarca dentro de un modelo de turbulencia k-epsilon para la fase continua del líquido. En esta tesis se estudiarán los métodos para realizar el acople entre ambas aproximaciones, el efecto de la fuerza lift y de la dispersión turbulenta sobre la distribución de la fracción de huecos, así como los modelos de coalescencia y rotura de burbujas que puedan ser empleados en este tipo de aproximación.
Se ha partido de un código euleriano para simular la parte continua, y sobre él se ha acoplado la aproximación lagrangiana. Para que ese acople afecte a la fase continua sobre su solver ser han añadido fuentes de momento y turbulencia. Además se ha modificado el volumen computacional de cada celda para que tenga en consideración el volumen ocupado por la fase dispersa. El acople en doble vía hace que los perfiles de velocidad y turbulencia de la fase continua se modifiquen notablemente y que se aproximen a los reales, lo que resulta básico para la correcta simulación de las fuerzas interfaciales.
La colisión entre burbujas, y burbujas y pared se ha incluido. Este efecto es necesario como paso previo a incluir los procesos de rotura o coalescencia de burbujas, aunque la colisión en sí tenga efectos limitados en la distribución de la fracción de huecos. El proceso de coalescencia se basa en el modelo de Chester ( 1991 ) , el modelo compara el tiempo de colisión con el tiempo de drenaje de la película entre burbujas para determinar si existe o no coalescencia. El modelo de rotura se basa en el modelo de Martínez-Bazán.
Uno de los principales hitos deAli Abd El Aziz Essa ., M. (2012). COUPLED LAGRANGE-EULER MODEL FOR SIMULATION OF BUBBLY FLOW IN VERTICAL PIPES CONSIDERING TURBULENT 3D RANDOM WALKS MODELS AND BUBBLES INTERACTION EFFECTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18068
Palancia
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Pérard-Lecomte, Aude. "Caractérisation de la dispersion des polluants particulaires dans le sillage des poids lourds en milieu urbain." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0207.
Abstract:
Le transport routier est un contributeur majeur à la dégradation de la qualité de l'air en zone urbaine, et notamment en particules fines et ultrafines. Ces dernières sont néfastes pour la santé des citadins, pouvant aggraver voire causer des pathologies pulmonaires et cardio-vasculaires. Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse alors à l'évolution des particules issues des échappements des poids lourds, à partir de leur émission. L'objectif principal de cette thèse consiste à mettre en lumière l'étendue de la dispersion des particules émises autour et dans le sillage d'un poids lourd. Des méthodes numériques basées sur une approche Euler-Lagrange ont alors été utilisées afin de simuler et de caractériser la topologie de l'écoulement d'air autour du camion, par l'approche RANS (Reynold-Averaged Navier-Stokes), puis la phase dispersée, par une approche lagrangienne. Ces simulations ont été supportées par des mesures en soufflerie, dans le sillage d'un modèle de poids lourd à échelle réduite. La PIV (Particle Image Velocimetry) a été utilisée pour l'analyse des champs de vitesse de l'air, tandis que la dispersion de particules solides ultrafines a été caractérisée au travers de la mesure des champs de concentrations par granulomètre. L'écoulement de sillage du poids lourd est totalement détaché au niveau de la paroi arrière de celui-ci, faisant apparaître une zone de recirculation principalement composée d'un large tourbillon qui se forme à partir de l'écoulement provenant du dessous de la remorque. La dynamique des particules émises par les échappements des poids lourds apparaît comme étant fortement corrélée aux structures tourbillonnaires présentes notamment dans son sillage. En effet, les particules tendent à se concentrer préférentiellement sur la périphérie du tourbillon principal, ainsi que dans les zones de faible intensité turbulente. Le mouvement des particules les plus inertielles (diamètre > 2,5~mu m) est dominé par la gravité, tandis que c'est la turbulence qui est principalement responsable du mouvement et du dépôt des particules les plus fines (diamètre < 2,5~mu m). La position et l'orientation du pot d'échappement ont également une influence considérable sur l'étendue de la dispersion et la répartition des particules dans le sous-bassement et le sillage du poids lourd. En effet, lorsque les particules sont émises par le dessous du poids lourd, elles se concentrent en majorité dans la zone de recirculation, à moins de 1,85H (H étant la hauteur de la remorque), et à hauteur humaine. A l'inverse, les particules émises par le dessus du poids lourd ne sont qu'en très faible part ré-entraînées dans la zone de recirculation et se concentrent au dessus de celle-ci, soit à l'équivalent de 2,6~m (0,9H) du sol. L'exposition des différentes populations aux particules émises par les poids lourds pourrait alors être fortement limitée quand les échappements sont libérés sur le dessus du poids lourd, dans des conditions similaires de roulageRoad transportation is a major contributor to air quality pollution in urban areas, particularly in fine and ultrafine particles. These pollutants are harmful to human health, as they can worsen or cause lung and cardiovascular diseases. In this context, we are interested in the evolution of particles emitted from heavy truck exhausts, starting from their emission. The main objective of this thesis is to study the extent of particle dispersion emitted by heavy truck's exhausts, around and in the wake of heavy trucks. Numerical methods based on an Euler-Lagrange approach were used to simulate and characterize the airflow topology around the truck, using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) method for the fluid phase and a Lagrangian approach for the dispersed phase. These simulations were supported by wind tunnel measurements in the wake of a reduced-scale model of a heavy truck. Particle Image Velocimetry (PIV) was used for analyzing the air velocity fields, while the dispersion of ultrafine solid particles was characterized by measuring concentration fields using a granulometer. The truck's wake flow is completely detached at the rear of the trailer, revealing a recirculation zone mainly composed of a large vortex, coming from the under-trailer. Particles' dynamics appears to be dominated by turbulence and strongly correlated with vortical structures, especially in the wake of the truck. Indeed, particles tend to concentrate preferentially on the periphery of the main vortex formed behind the truck, as well as in areas of low turbulent intensity. The movement of most inertial particles (diameter > 2.5~mu m) is dominated by gravity, while turbulence is mainly responsible for the movement and deposition of the finest particles (diameter < 2.5~mu m). The position and orientation of the exhaust pipe also have a significant influence on the extent of dispersion and the distribution of particles in the underbody and in the wake of the heavy truck. Indeed, when particles are emitted from the under-trailer, most of them are concentrated in the recirculation zone, less than 1.85H away from the trailer (H being the height of the trailer), and at human height. On the other hand, the particles emitted on the top of the truck are very rarely re-entrained in the recirculation zone, and are mostly concentrated above it, at a height equivalent to 2.6~m (0,9H) above ground level. The exposure of populations to the particles emitted by heavy goods vehicles could therefore be sharply limited when the exhausts are released from top of the truck
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Divaret, Lise. "U-RANS Simulation of fluid forces exerted upon an oscillating tube array." Thesis, KTH, Farkost och flyg, 2011. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-32747.
Abstract:
The aim of this master thesis is to characterize the fluid forces applied to a fuel assembly inthe core of a nuclear power plant in case of seism. The forces are studied with a simplifiedtwo-dimensional model constituted of an array of 3 by 3 infinite cylinders oscillating in aclosed box. The axial flow of water, which convects the heat in the core of a nuclear powerplant, is also taken into account. The velocity of the axial flow reaches 4m/s in the middle ofthe assembly and modifies the forces features when the cylinders move laterally.The seism is modeled as a lateral displacement with high amplitude (several cylinderdiameters) and low frequencies (below 20 Hz). In order to study the effects of the amplitudeand of the frequency of the displacement, the displacement taken is a sine function withboth controlled amplitude and frequency. Four degrees of freedom of the system will bestudied: the amplitude of the displacement, its frequency, the axial velocity amplitude andthe confinement (due to the closed box).The fluid forces exerted on the cylinders can be seen as a combination of three terms: anadded mass, related to the acceleration of cylinders, a drift force, related to the damping ofthe fluid and a force due to the interaction of the cylinder with residual vortices. The firsttwo components will be characterized through the Morison expansion, and their evolutionwith the variation of the degree of freedom of the system will be quantified. The effect ofthe interaction with the residual vortices will be observed in the plots of the forces vs. timebut also in the velocity and vorticity map of the fluid.The fluid forces are calculated with the CFD code Code_Saturne, which uses a second orderaccurate finite volume method. Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes simulations arerealized with a k-epsilon turbulence model. The Arbitrary Lagrange Euler model is used todescribe the structure displacement. The domain is meshed with hexahedra with thesoftware gmsh [1] and the flow is visualized with Paraview [2]. The modeling techniquesused for the simulations are described in the first part of this master thesis.
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Vessiller, Cédric. "Contribution à l'étude des brouillards denses et dilués par la simulation numérique Euler-Euler et Euler-Lagrange." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2008. http://www.theses.fr/2008ECAP1112.
Abstract:
Dans les moteurs Diesel à injection directe, la combustion est contrôlée par lescaractéristiques de l'atomisation d'une part, et par celles du spray formé par l'injecteur d'autre part. Les études expérimentales et numériques ont montré que la transition entre la région du coeur liquide dense à la sortie de l'injecteur, et la partie dispersée du spray en aval de l'écoulement, est pilotée par des mécanismes complexes incluant la cavitation dans l'injecteur, les instabilités aérodynamiques à la surface du jet et la turbulence. Ce travail a pour objectif l'élaboration d'un modèle d'atomisation fondé sur une description eulérienne de l'écoulement diphasique issu de l'injecteur. Le modèle bifluide eulérien met en jeu un système d'équations de bilan pour la phase liquide et la phase gazeuse composée du gaz et de la vapeur du carburant. La valeur de la densité d'aire interfaciale par unité de volume est obtenue par une équation de transport supplémentaire qui comporte dans son second membre des termes de production et de destruction de surface d'échange. On utilise aussi une équation de transport pour la fraction volumique de liquide. Ces deux quantités permettent de déterminer les caractéristiques locales du spray et de déduire les termes d'échange interfaciaux entre les deux phases. Des calculs réalisés dans des configurations représentatives de l'injection Diesel montrent un bon accord entre les longueurs de pénétration de la phase liquide obtenues numériquement et les valeurs relevées expérimentalement. Les calculs en condition évaporantes ne donnent cependant pas les résultats escomptés et des pistes pour résoudre les problèmes liés à l'évaporation sont proposéesThe present work particularly focuses on direct injection engines, in which combustion is determined by the characteristics of theatomisation and of the fuel spray produced by the nozzle. Previous experimental and numerical studies show that transition between the dense liquid region at the nozzle exit and the domain where the liquid is dispersed is governed by a range of mechanisms including cavitation inside the injector, aerodynamic instabilities, and turbulence. This report describes the development of an atomisation model for eulerian description of two-phase flows produced by nozzles. The eulerian-eulerian description includes a system of balance equations for each phase:liquid fuel and gas (fuel vapour and air). The amount of interfacial area perunit volume between the gas and the liquid is obtained from a balance equation whose source terms figuring on the rightand side account for production and destruction of interfacial area. A balance equation for the void fraction is used too. Both quantities allow to calculate local spray characteristics from which are deduced interfacial exchange terms between both phases. Various numerical test cases have been carried out to check the numerical implementation of the model while the simulation of droplet laden jets showed the ability of the model to deal with two-phase flows. The model is then validated against experimental results with comparisons of phase penetration in high pressure test cells under conditions close to those prevailing in direct injection diesel engines. Numerical results in evaporating conditions do not follow experimental trends but possibilities to solve the remainaining problems are proposed
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Weber, Andreas [Verfasser]. "Simulating bubble movement with the Euler-Lagrange approach / Andreas Weber." München : Verlag Dr. Hut, 2018. http://d-nb.info/117442690X/34.
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Wysocki, Stefan. "Joint Euler-Lagrange method for moving surfaces in large-eddy simulation." Thesis, Imperial College London, 2012. http://hdl.handle.net/10044/1/10214.
Abstract:
Continuous growth of computing power strongly encourages engineers to rely more on computational fluid dynamics for the design and testing of new technological solutions. The fast development of these new tools goes along with the increasing availability of high-performance computers, which are necessary to simulate realistic industrial applications. The presented immersed boundary (IB) method is applicable to simple and complex geometries with static and moving boundaries, where fluids interact with the solid structures. The formulation of the method is based on the Eulerian and Lagrangian principles and its key characteristics are its simple formulation and computational efficiency. Furthermore the nature of the method allows the simulations of flows in complex geometries without having to generate complex meshes. The spatial discretization is based on a fixed Cartesian mesh for the Eulerian variables and boundary movements are tracked with Lagrangian particles. Large- Eddy simulations of flows in simple and complex geometries demonstrate the performance of the applied immersed boundary method. Simple cases include the simulation of an isothermal pipe flow and the flow around a sphere. In the first instance, the fluid flows around a static sphere. In the second case the sphere moves relative to the grid for identical flow conditions. Simulations of complex geometries include the investigation of an isothermal and reactive opposed jet flow with perforated and fractal grids. The simulations require cell sizes near the resolution of direct numerical simulations. The injection phase of a piston-cylinder arrangement, assuming constant pressure, is also investigated with the proposed IB method. Good statistical results for first and second moments are achieved for all investigated cases, although the applied grids have to be fine enough to accurately resolve the wall shear stresses. In addition, the concept of using Lagrangian particles has been applied to immiscible flows. Particles are used to improve the accuracy of scalar transport and initial results of simple, two-dimensional test cases are presented.
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Hu, Guanghui. "Numerical simulations of the steady Euler equations on unstructured grids." HKBU Institutional Repository, 2009. http://repository.hkbu.edu.hk/etd_ra/1106.
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Baraglia, Federico. "Développement d'un modèle triphasique Euler/Euler/Lagrange pour la simulation numérique des écoulements liquide-gaz chargés en particules." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP017.
Abstract:
Ce manuscrit retranscris un travail effectué au cours d’une thèse au département MFEE d’EDF R&D sur les écoulements liquid-gaz chargés en particules dispersées sous la direction d’Olivier Simonin (IMFT), de Jérôme Laviéville (EDF) et de Nicolas Mérigoux (EDF). Le but de la thèse est de fournir un environnement de travail pour la simulation numérique d’écoulement eau-air à bulles, à phases séparés ou en régime mixte, chargé en particules qui peuvent interagir avec les fluides présents sous leur forme continue ou dispersée. Ces écoulements peuvent se retrouver aussi bien dans des situations industrielles comme des réacteurs chimiques, des centrales de production d’électricité ou des usines de traitement des eaux usées que dans des situations naturelles comme durant la crue d’un fleuve. L’outil développé permet de faire des prédictions sur les performances de ces dispositifs industriels ou sur les dégâts causés par des évènements naturels exceptionnels. Les développements sont inclus dans la version la plus à jour du code de calcul neptune_cfd, un solveur N-fluides développé par EDF, le CEA, l’IRSN et Framatome, basé sur la méthode multi-fluide standard qui permet la simulation d’écoulement à plusieurs phases indépendamment de leur typologie.Les méthodes misent en place sont basées sur des approches diphasiques bien connues. La méthode Lagrangienne stochastique de suivi de particules est adaptées pour que chaque particule puisse interagir avec toutes les champs fluides présents. Des fermetures sont proposées pour déterminer l’impact de chacune des phases sur le comportement des particules. Afin de vérifier certaines hypothèses, une nouvelle fermeture pour l’équation de Langevin sur la vitesse de fluide vue par la particule est proposée. Son comportement est comparée aux modèles standards et de la littérature sur des cas de vérification simples de turbulence homogène isotrope et des cas inhomogènes. Les équations Lagrangiennes obtenues sont utilisées pour fermer un modèle Eulerien basé sur l’approche fonction densité de probabilité. Les performances des deux modèles triphasiques développés sont établies en matière de déposition de particules pilotée par la turbulence et la gravité.Un pan entier de la thèse se concentre sur une problématique apparue durant des vérifications préliminaires: le phénomène d’entraînement d’air dans les jets plongeants. En effet, à partir d’une structure résolue, en fonction des conditions d’écoulements, des bulles ou gouttelettes dispersées peuvent apparaître. La quantité de ces structures transférées ainsi que leur taille caractéristique étant des grandeurs primordiales, il a fallu mettre en place un nouveau modèle. Le transfert de masse entre structures continues et inclusions dispersées est assuré par le modèle qui décrit l’évolution des interfaces résolues. Nous ne l’avons pas modifié. Celui qui concerne la taille des bulles/gouttelettes créées s’intègre dans l’équation d’évolution de l’aire interfaciale, grandeur qui permet de suivre le diamètre des inclusions.Tous les modèles développés sont comparés à des mesures expérimentales. Le modèle d’entraînement d’air est d’abord testé sans la présence des particules sur des cas divers. Un cas de ressaut hydraulique est aussi envisagé pour établir la généralité du modèle mis en place. Les modèles triphasiques sont testés sur des configurations variées, d’abord sans entraînement d’air pour isoler le comportement des particules puis avec tous les phénomènes. Les différents cas ont permis de mettre en valeur l’importance de certains modèles ainsi que les différences entre les méthodes Lagrangienne stochastique et EulerienneThis manuscript sums up work carried out during a thesis at the MFEE department of EDF R&D on liquid-gas flows laden with dispersed particles under the supervision of Olivier Simonin (IMFT), Jérôme Laviéville (EDF), and Nicolas Mérigoux (EDF). The thesis aims at providing a working environment for the numerical simulation of two-phase bubbly flows, free-surface flows or in a mixed regime, loaded with particles that can interact with the fluids present in their continuous or dispersed form. These flows can be found in industrial situations such as chemical reactors, power plants, or wastewater treatment plants, as well as in natural situations such as during a flood. The developed tool allows predictions to be made about the performance of these industrial devices or the damage caused by exceptional natural events. The developments are included in the most up-to-date version of neptune_cfd, a multi-fluid solver developed by EDF, CEA, IRSN, and Framatome, based on the standard multi-fluid method that allows the simulation of multiphase flow independently of their typology.The methods implemented are based on well-known two-phase approaches. The stochastic Lagrangian particle tracking method is adapted so that each particle can interact with all the fluids. Closures are proposed to determine the impact of each phase on the behavior of the particles. To verify certain assumptions, a new closure for the Langevin equation on the fluid velocity seen by the particle is proposed. Its behavior is compared to standard models and literature on simple verification cases of homogeneous isotropic turbulence and inhomogeneous cases. The Lagrangian equations obtained are used to close an Eulerian model based on the probability density function approach. The performance of the two developed threephase models is established in terms of particle deposition driven by turbulence or gravity.A significant part of the thesis focuses on an issue that arose during preliminary checks: the phenomenon of air entrainment in plunging jets. Indeed, due to the nature of the solver, bubbles or dispersed droplets can detach from the free-surface depending on the flow conditions. The quantity of these transferred structures and their characteristic size being crucial quantities which drives their behavior, a new model had to be developed. Mass transfer between continuous structures and dispersed inclusions is ensured by the model that describes the evolution of resolved interfaces, the latter was not modified. The one regarding the size of the created bubbles/droplets is integrated into the evolution equation of the interfacial area, a quantity that allows tracking the diameter of the inclusions.All developed models are compared to experimental measurements. The air entrainment model is first tested without the presence of particles in various cases. A hydraulic jump case is also considered to establish the generality of the model. Then, the threephase models are tested in various configurations. First, configurations without air entrainment to isolate the behavior of the particles, and then with air entrainment. The different cases highlighted the importance of certain models and the differences between stochastic Lagrangian and Eulerian methods
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Victorino, Silveira Luís. "Simulação numérica da cavitação em turbomáquinas usando uma formulação Euler-Lagrange." Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2014. http://www.bdtd.uerj.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=7703.
Abstract:
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTurbomáquinas são máquinas operacionais que transferem energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou receber a rotação do eixo e transformar em energia de fluido em caso de bomba ou transferir a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenómeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina do tipo radial usando recursos de fluidodinâmica computacional (CFD). Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultados das simulações mostram as particularidades de um escoamento líquido-bolha de vapor passando em um canal de geometria curva, fornecendo assim informações que podem nos ajudar na prevenção da cavitação nessas máquinas.
Turbomachines are operational machines that transfer mechanical energy between a rotor and a fluid. This type of machinery is employed in many industries. One of the main components of a turbomachine responsible for the energy transference, either receiving the rotation of the shaft and transforming it into fluid energy in the case of a pump or transferring energy from the fluid to the shaft in the case of a turbine, is the impeller or rotor. The cavitation phenomenon involves two-phase flow: the liquid to be pumped and the vapor bubbles which are formed during pumping. The formation process of these bubbles is complex, but occurs mainly due to the presence of regions of very low pressure. The collapse of the bubbles can often lead to a deterioration of the material, depending on the intensity or speed of bubbles collapse. The main objectives of this work was to study the hydrodynamic behavior of the flow in the impeller channels of a turbomachine (radial flow turbopump) using computational fluid dynamics (CFD resources). An Euler-Lagrange approach coupled with the Langevin equation model, was employed to estimate the bubbles tracking trajectory. Results of the simulations show the details of liquid-vapor bubble flow in a curved channel, providing insights that help us in the cavitation prevent of this machines.
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Lipowsky, Justus Verfasser], Martin [Akademischer Betreuer] Sommerfeld, and Bernd [Akademischer Betreuer] [Platzer. "Zur instationären Euler-Lagrange-Simulation partikelbeladener Drallströmungen / Justus Lipowsky. Betreuer: Martin Sommerfeld ; Bernd Platzer." Halle, Saale : Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt, 2013. http://d-nb.info/1047796384/34.
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Paulhiac, Damien. "Modélisation de la combustion d’un spray dans un brûleur aéronautique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14495/1/paulhiac_partie_1_sur_2.pdf.
Abstract:
La combustion d’hydrocarbures représente encore aujourd’hui une part très majoritaire de la production d’énergie mondiale, en particulier dans la propulsion aérospatiale. La plupart des brûleurs industriels sont alimentés par un carburant sous forme liquide, qui est injecté directement dans la chambre de combustion, ce qui génère une forte interaction entre le spray, l’écoulement turbulent et la zone de combustion. Cette interaction a déjà largement été étudiée, mais certaines questions restent ouvertes. En particulier, la prise en compte de la combustion de goutte isolée dans le cadre de la Simulation aux Grandes Echelles (‘Large Eddy Simulation’ LES) de géométries complexes reste un problème difficile. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la modélisation de la combustion du spray dans le contexte de la LES de configurations complexes avec une approche Euler-Lagrange. Dans un premier temps, un modèle de combustion de gouttes incluant les différents régimes pour la LES, appelé MustARD pour « Multi-State Algorithm for Reacting Droplets », est proposé et validé dans plusieurs configurations académiques de complexité croissante. Dans un deuxième temps, MustARD est évalué sur une configuration de brûleur expérimental et comparé aux modèles classiques sans combustion de gouttes isolées. Cette étude montre que le régime de combustion de gouttes isolées n’est pas négligeable dans une telle configuration et qu’il modifie la structure de flamme. D’autre part, les comparaisons avec les résultats expérimentaux montrent que le modèle MustARD permet d’améliorer la précision des LES de sprays turbulents réactifs.
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Emans, Maximilian. "Numerische Simulation des unterkühlten Blasensiedens in turbulenter Strömung ein Euler-Lagrange-Verfahren auf orthogonalen Gittern /." [S.l. : s.n.], 2003. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=970212860.
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Mathieu, Jean. "Simulation des interactions fluide-structure en théorie des grands déplacements." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112362.
Abstract:
Une méthode de résolution des équations du mouvement d’un système couplé fluide-structure avec surface libre et en régime transitoire est présentée dans un formalisme mixte Euler-Lagrange. Une formation variationnelle traduisant faiblement la condition d’incompressibilité du fluide est adoptée, prenant en compte de façon naturelle les conditions de couplage. Elle conduit à une méthode de discrétisation spatiale par éléments finis cohérente pour l'ensemble du système. La discrétisation temporelle mène à un calcul explicite des vitesses tandis que la pression hydrostatique du fluide est obtenue par inversion du système linéaire. Un procédé de sous-cyclage permet une réduction du temps de calcul dans le cas de critères de stabilité côté structure trop limitatifs. Les résultats numériques sont ensuite discutésAn arbitrary Lagrange Euler (ALE) formulation is used to construct a method for solving the transient equations of motion of a coupled fluid structure system with free surface. A variational formulation including the incompressibility condition for fluid in a weak form is retained, so that the coupling conditions are naturally treated. This leads to a spatial discretization method using finite elements coherent in the whole system. The velocities are advanced in time by an explicit scheme while the hydrostatic pression is computed by inversion of a square matrix. A subcycling process permits a reduction of computing time when the structural stability criterion is too restrictive. Numerical results are then discussed
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Hoppe, Felix [Verfasser]. "Euler-Lagrange Simulationen von turbulenten, blasenbeladenen Strömungen unter Berücksichtigung von Koaleszenz und Aufbrechen / Felix Hoppe." Hamburg : Helmut-Schmidt-Universität, Bibliothek, 2020. http://d-nb.info/1205078312/34.
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Hagan, Daniel S. "Large Eddy Simulation of Oscillatory Flow over a Mobile Rippled Bed using an Euler-Lagrange Approach." ScholarWorks @ UVM, 2018. https://scholarworks.uvm.edu/graddis/848.
Abstract:
A volume-filtered Large-Eddy Simulation (LES) of oscillatory flow over a rippled mobile bed is conducted using an Euler-Lagrange approach. As in unsteady marine flows over sedimentary beds, the experimental data, referenced in this work for validation, shows quasi-steady state ripples in the sand bed under oscillatory flow. This work approximately reproduces this configuration with a sinusoidal pressure gradient driven flow and a sinusoidally rippled bed of particles. The LES equations, which are volume-filtered to account for the effect of the particles, are solved on an Eulerian grid, and the particles are tracked in a Lagrangian framework. In the Discrete Particle Method (DPM) used in this work, the particle collisions are handled by a soft-sphere model, and the liquid and solid phases are coupled through volume fraction and momentum exchange terms. Comparison of the numerical results to the experimental data show that the LES-DPM is capable of capturing the mesoscale features of the flow. The large scale shedding of vortices from the ripple peaks are observed in both datasets, which is reflected in the good quantitative agreement between the wall-normal flow statistics, and good qualitative agreement in ripple shape evolution. Additionally, the numerical data provides three insights into the complex interaction between the three-dimensional flow dynamics and bed morphology: (1) there is no observable distinction between reptating and saltating particle velocities, angular velocities or observed Shields parameters; (2) the potential motion of the mobile bed may create issues in the estimation of the bed shear stress used in classical models; and, (3) a helical pairing of vortices is observed, heretofore not known to have to have been identified in this type of flow configuration.
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Hervo, Loïc. "Simulation numérique de l’écoulement d’un mélange air et phase dispersée pour l’allumage d’une chambre de combustion aéronautique via un formalisme Euler Lagrange." Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0043/document.
Abstract:
L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement et à la validation d'outils numériques permettant la Simulation aux Grandes Echelles (SGE) de l'allumage d'un écoulement turbulent diphasique dans une chambre de combustion. Pour ce faire, une méthode de dépôt d'énergie modélisant l'apport d'énergie lié au claquage de la bougie d'allumage a été implémentée dans la chaîne de calcul CEDRE. Cette méthode a été validée sur une simulation de l'allumage d'un écoulement laminaire purement gazeux d'air et de propane. Une SGE de l'écoulement d'air du MERCATO a été effectué à l'aide du solveur Navier-Stokes CHARME de CEDRE. Cette simulation reproduit fidèlement l'écoulement turbulent non-réactif dans la chambre de combustion. Une méthode d'injection simplifiée FIMUR a été ajoutée au solveur lagrangien SPARTE de CEDRE. Dans cette méthode, des gouttes sont injectées directement au nez de l'injecteur avec une distribution de vitesse et de taille imposée. Une SGE de l'écoulement turbulent diphasique dispersé non-réactif dans la chambre MERCATO a ensuite été réalisée avec cette méthode. La comparaison des champs particulaires moyens de vitesse et de taille obtenus par simulation numérique avec les données expérimentales est satisfaisante. Enfin, des SGE de l'allumage de la chambre MERCATO ont été effectuées à partir du champ diphasique non-réactif simulé et de la méthode de dépôt d'énergie développée. Selon l'instant du dépôt d'énergie, les simulations conduisent à des allumages réussis ou ratés. La propagation de la flamme dans la chambre pour un allumage réussi a fait l'objet d'une analyse détaillée pour tenter de déterminer les principaux facteurs l'influençantThe goal of this thesis is to contribute to the development and validation of numerical tools for the Large Eddy Simulation (LES) of the ignition of a turbulent multiphase flow in a combustion chamber. An energy deposition method that models the energy supplied by the spark plug to the flow was implemented in the CEDRE code. This method was validated on a simulation of the ignition of a purely gaseous laminar propane-air flow. Then, a LES of the non-reacting gas flow in the monosector combustor MERCATO was performed with the Navier-Stokes solver CHARME of the CEDRE code. The comparison between simulations and experiments demonstrates that the main flow field features are well reproduced. In order to simulate the non-reacting dispersed two-phase flow of the same configuration, a simplified injection method called FIMUR was implemented in the Lagrangian solver SPARTE of the CEDRE code. In this method, droplets are injected directly at the tip of the injector with velocities deduced from experimental correlations while the size distribution is directly obtained from experimental data. The comparison of the mean droplet velocity and diameter fields in the vicinity of the injector between simulations and experiments appears satisfactory. Finally, LES's of the ignition of the MERCATO were performed using the non-reacting two-phase flow simulations and the aformentioned energy deposition method. Depending on the instant of energy deposition, the simulations lead to successful or failed ignitions. The flame propagation in a successful ignition was analysed in order to attempt to determine the physical phenomena at play and to better understand them
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Feng, Aichun. "Numerical simulation of nonlinear wave-body problem based on desingularized Rankine source and mixed Euler-Lagrange method." Thesis, University of Southampton, 2014. https://eprints.soton.ac.uk/366540/.
Abstract:
Rankine source method coupled with Mixed Euler-Lagrange (MEL) algorithm is developed to investigate wave-body problems. Under Euler specification a boundary-value problem is solved by placing fundamental singularities outside the computational domain and satisfying the boundary conditions at prescribed control points. At every time step, Lagrangian frame is applied to update the control points position during regridding process. A space increment method for source points distribution incorporating horizontal free surface source arrangement and vertical desingularized distance is developed and this method connects free surface panel to body panel size. By reducing the number of source points, this method significantly increases the computational efficiency. A single node scheme is implemented to treat intersection points. This scheme regards intersection points only as body panel ending points. The first source points on the free surface are placed away from the intersection points and generated wave is started from these source points rather than intersection points. During regridding process, body panel number keeps constant and panel size varies to match the variation of wetted body surface. In the process of repanelling the free surface, panels slide horizontally due to the variation of wetted body surface pushing them back and forth. After their horizontal positions are fixed, the source points follow the wave elevation and are located on the updated wave surface in the vertical direction. A least square based smoothing technique is developed to eliminate the "sawtooth" phenomenon occurred in the free surface updating for two-dimensional fully nonlinear problem. Both two- and three-dimensional forced body oscillatory motion problems are studied and extensive comparisons show a good agreement with published results. The methods developed are proved to be accurate, efficient and robust for wave-body problems.
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García, Martinez Marta. "Development and validation of the Euler-Lagrange formulation on a parallel and unstructured solver for large-eddy simulation." Thesis, Toulouse, INPT, 2009. http://www.theses.fr/2009INPT006H/document.
Abstract:
De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des écoulements gaz-particules, comme les turbines aéronautiques et les réacteurs a lit fluidisé de l'industrie chimique. La prédiction des propriétés de la phase dispersée, est essentielle à l'amélioration et la conception des dispositifs conformément aux nouvelles normes européennes des émissions polluantes. L'objectif de cette these est de développer le formalisme Euler- Lagrange dans un solveur parallèle et non-structuré pour la simulation aux grandes échelles pour ce type d'écoulements. Ce travail est motivé par l'augmentation rapide de la puissance de calcul des machines massivement parallèles qui ouvre une nouvelle voie pour des simulations qui étaient prohibitives il y a une décennie. Une attention particulière a été portée aux structures de données afin de conserver une certaine simplicité et la portabilité du code sur des differentes! architectures. Les développements sont validés pour deux configurations : un cas académique de turbulence homogène isotrope décroissante et un calcul polydisperse d'un jet turbulent recirculant chargé en particules. L'équilibrage de charges de particules est mis en évidence comme une solution prometteuse pour les simulations diphasiques Lagrangiennes afin d'améliorer les performances des calculs lorsque le déséquilibrage est trop importantParticle-laden flows occur in industrial applications ranging from droplets in gas turbines tofluidized bed in chemical industry. Prediction of the dispersed phase properties such as concentration and dynamics are crucial for the design of more efficient devices that meet the new pollutant regulations of the European community. The objective of this thesis is to develop an Euler-Lagrange formulation on a parallel and unstructured solver for large- eddy simulation. This work is motivated by the rapid increase in computing power which opens a new way for simulations that were prohibitive one decade ago. Special attention is taken to keep data structure simplicity and code portability. Developments are validated in two configurations : an academic test of a decaying homogeneous isotropic turbulence and a polydisperse two-phase flow of a confined bluff body. The use of load-balancing capabilities is highlighted as a promising solut! ion in Lagrangian two-phase flow simulations to improve performance when strong imbalance of the dispersed phase is present
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Chouippe, Agathe. "Étude numérique de la réduction de traînée par injection de bulles en écoulement de Taylor-Couette." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0052/document.
Abstract:
La thèse porte sur l'étude de la réduction de traînée par injection de bulles. La réduction de traînée présente un intérêt pour les applications navales puisqu'elle est issue d'une modification des structures cohérentes qui contribuent le plus à la résistance à l'avancement. Le but de cette étude est d'analyser les mécanismes à l'origine de cette diminution du frottement pariétal. L'approche utilisée dans le cadre de cette étude est numérique, elle emploie le code JADIM par une approche Euler-Lagrange : la phase continue est simulée par Simulation Numérique Directe et la phase dispersée est simulée en suivant individuellement chaque bulle. La configuration retenue dans le cadre de cette étude est celle de l'écoulement de Taylor-Couette (écoulement compris entre deux cylindres en rotation). La première partie de la thèse vise à adapter l'outil numérique employé, afin de pouvoir prendre en compte le retour de la phase dispersée via des termes de forçage dans les équations bilan de matière et de quantité de mouvement. La deuxième partie de la thèse vise à étudier l'écoulement porteur en configuration monophasique, afin de disposer d'une référence sur l'écoulement non perturbé. La troisième partie de la thèse a pour objectif d'étudier la dispersion passive des bulles dans le système, afin d'analyser les mécanismes de migrations mis en jeu. Enfin la dernière partie de la thèse vise à étudier l'influence des bulles sur l'écoulement porteur en analysant l'effet de certains paramètres, notamment le taux de vide et la flottabilitéThe study deals with drag reduction induced by bubble injection, its application concerns naval transport. The aim of the study is to shed more light on mechanisms that are involved in this wall friction reduction. The study is based on a numerical approach, and use the JADIM code with an Euler-Lagrange approach: the continuous phase is solved by Direct Numerical Simulation, and the disperse phase by a tracking of each bubble. Within the framework of this study we consider the Taylor-Couette flow configuration (flow between two concentric cylinders in rotation). The first part of the study deals with the modification of the numerical tool, in order to take into account the influence of the disperse phase on the continuous one through forcing terms in the mass and momentum balance equations. The aim of the second part is to study de Taylor-Couette flow in its monophasic configuration, for the purpose of providing a reference of the undisturbed flow. The third part deals with the passive dispersion of bubble in Taylor-Couette flow, in order to analyze the migration mechanisms involved. And the aim of the last part is to study the effects of the disperse phase on the continuous one, by analyzing the influence of bubbly phase parameters (like void fraction and buoyancy)
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Schümichen, Michel, Frank Rüdiger, Jochen Fröhlich, and Jürgen Weber. "Simulation of the cavitating flow in a model oil hydraulic spool valve using different model approaches." Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-199607.
Abstract:
The contribution compares results of Large Eddy Simulations of the cavitating flow in a model oil hydraulic spool valve using an Euler-Euler and a one-way coupled Euler- Lagrange model. The impact of the choice of the empirical constants in the Kunz cavitation model is demonstrated. Provided these are chosen appropriately the approach can yield reasonable agreement with the corresponding experiment. The one-way Euler-Lagrange model yields less agreement. It is demonstrated that this is due to the lack of realistic volumetric coupling, rarely accounted for in this type of method. First results of such an algorithm are presented featuring substantially more realism.
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Jaegle, Félix. "LARGE EDDY SIMULATION OF EVAPORATING SPRAYS IN COMPLEX GEOMETRIES USING EULERIAN AND LAGRANGIAN METHODS." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00452501.
Abstract:
Dû aux efforts apportés à la réduction des émissions de NOx dans des chambres de combustion aéronautiques il y a une tendance récente vers des systèmes à combustion pauvre. Cela résulte dans l'apparition de nouveaux types d'injecteur qui sont caractérisés par une complexité géométrique accrue et par des nouvelles stratégies pour l'injection du carburant liquide, comme des systèmes multi-point. Les deux éléments créent des exigences supplémentaires pour des outils de simulation numériques. La simulation à grandes échelles (SGE ou LES en anglais) est aujourd'hui considérée comme la méthode la plus prometteuse pour capturer des phénomènes d'écoulement complexes qui apparaissent dans une telle application. Dans le présent travail, deux sujets principaux sont abordés: Le premier est le traitement de la paroi ce qui nécessite une modélisation qui reste délicate en SGE, en particulier dans des géométries complexes. Une nouvelle méthode d'implémentation pour des lois de paroi est proposée. Une étude dans une géométrie réaliste démontre que la nouvelle formulation donne de meilleurs résultats comparé à l'implémentation classique. Ensuite, la capacité d'une approche SGE typique (utilisant des lois de paroi) de prédire la perte de charge dans une géométrie représentative est analysée et des sources d'erreur sont identifiées. Le deuxième sujet est la simulation du carburant liquide dans une chambre de combustion. Avec des méthodes Eulériennes et Lagrangiennes, deux approches sont disponibles pour cette tâche. La méthode Eulérienne considère un spray de gouttelettes comme un milieu continu pour lequel on peut écrire des équations de transport. Dans la formulation Lagrangienne, des gouttes individuelles sont suivies ce qui mène à des équations simples. D'autre part, sur le plan numérique, le grand nombre de gouttes à traiter peut s'avérer délicat. La comparaison des deux méthodes sous conditions identiques (solveur gazeux, modèles physiques) est un aspect central du présent travail. Les phénomènes les plus importants dans ce contexte sont l'évaporation ainsi que le problème d'injection d'un jet liquide dans un écoulement gazeux transverse ce qui correspond à une version simplifiée d'un système multi-point. Le cas d'application final est la configuration d'un seul injecteur aéronautique, monté dans un banc d'essai expérimental. Ceci permet d'appliquer de manière simultanée tous les développements préliminaires de ce travail. L'écoulement considéré est non-réactif mais à part cela il correspond au régime ralenti d'un moteur d'avion. Dû aux conditions préchauffées, le spray issu du sstème d'injection multi-point s'évapore dans la chambre. Cet écoulement est simulé, utilisant les approaches Eulériennes et Lagrangiennes et les résultats sont comparés aux données expérimentales.
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Marta, Garcia. "Développement et validation du formalisme Euler-Lagrange dans un solveur parallèle et non-structuré pour la simulation aux grandes échelles." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00414067.
Abstract:
De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des écoulements gaz-particules, comme les turbines aéronautiques et les réacteurs à lit fluidifié de l'industrie chimique. La prédiction des propriétés de la phase dispersée, est essentielle à l'amélioration et la conception des dispositifs conformément aux nouvelles normes européennes des émissions polluantes. L'objectif de cette thèse est de développer le formalisme Euler-Lagrange dans un solveur parallèle et non-structure pour la simulation aux grandes échelles pour ce type d'écoulements. Ce travail est motivé par l'augmentation rapide de la puissance de calcul des machines massivement parallèles qui ouvre une nouvelle voie pour des simulations qui étaient prohibitives il y a une décennie. Une attention particulière a été portée aux structures de données afin de conserver une certaine simplicité et la portabilité du code sur des différentes architectures. Les développements sont valides pour deux configurations : un cas académique de turbulence homogène isotrope décroissante et un calcul polydisperse d'un jet recirculant charge en particules. L'équilibrage de charges de particules est mis en évidence comme une solution prometteuse pour les simulations diphasiques Lagrangiennes afin d'améliorer les performances des calculs lorsque le deséquilibrage est trop important.
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Baillard, Clément. "Simulation numérique du refroidissement par spray en régime de Leidenfrost." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0327/document.
Abstract:
Dans l'industrie métallurgique, le refroidissement est une étape fondamentale qui permet de donner certaines qualités aux matériaux (résistance mécanique, souplesse). L'impact d'un spray est une méthode de refroidissement connue mais mal comprise, limitant aujourd'hui ses champs d'applications. Cette thèse vise à mettre en place un outil numérique apte à l'étude et à l'optimisation futur du refroidissement par spray. La littérature met en évidence la multitude des mécanismes du refroidissement, et le peu d'informations sur les liens entre ces mécanismes et les caractéristiques du spray (diamètre, vitesse et répartition spatiale des gouttes). Pour simuler le refroidissement, on propose de séparer l'étape d'écoulement du spray de celle du calcul du refroidissement de la plaque. Une corrélation sur la densité de flux de chaleur issue de la littérature permet de lier les deux étapes. Une analyse poussée du spray est réalisée grâce à plusieurs outils expérimentaux: Analyseur à Phase Doppler, caméra rapide, mesure de débit surfacique. Les éléments clefs pour caractériser puis initialiser le spray dans la simulation sont ainsi mis en évidences. La méthode d'initialisation, la configuration numérique (Euler-Lagrange, modèle RANS k-ω), ainsi que le domaine de calcul sont validés avec l'écoulement d'un spray libre. La méthode est ensuite utilisée pour simuler l'écoulement du spray en présence d'une plaque. Finalement, le refroidissement d'une plaque est simulé. On obtient la densité de flux de chaleur extraite de la plaque en fonction des caractéristiques du spray. Cette thèse soulève des questions sur des points de simulation couramment utilisés mais menant à des erreurs dans le calcul du refroidissementIn the metallurgy industry, the cooling is a fundamental stage which allows to bring certain qualities to materials (mechanical resistance, flexibility). The impact of a spray is one known process but it is not well understood, limiting its today's scopes. This thesis aims at developing a simulation procedure, in order to obtain a useful numerical tool for the study and the future optimization of the spray cooling. Literature highlights the multitude of the mechanisms of spray cooling, but also the few existing information linking these mechanisms and the characteristics of the spray (diameter, speed and space distribution of droplets). In order to simulate the spray cooling, one proposes to split this process in two stages, the spray flow and the calculation of the cooling. Based on the literature, a correlation on the density of flow of heat removed from the plat is used to link the two stages. A full spray characterization is realized thanks to several experimental tools: Phase Doppler Analyser, speed-camera, measure of surface liquid flow density. Key elements required to characterize and also to initialize the spray in the simulation, are highlighted as well. The method of initialization, the numerical configuration (Eulerian-Lagrangian simulation, RANS k-ω turbulence model), as well as the domain of calculation are validated with the simulation of a free-fall spray. The method is then used to calculate characteristics of the spray in the presence of a surface. Finally, the cooling of plate is simulated, bringing results on the heat flow density removed from the plate in accordance with characteristics of the spray. Main results concern the highlighting of major points of simulation communally used but leading to error in the cooling simulation
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Gaston, Laurence. "Simulation numérique par éléments finis bidimensionnels du remplissage de moules de fonderie et étude experimentale sur maquette hydraulique." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0741.
Abstract:
Ce travail porte sur la simulation numérique par éléments finis, d'écoulements bidimensionnels incompressibles à surface libre instationnaire. L'application industrielle visée est la phase de remplissage des procédés de mise en forme des métaux par fonderie. Afin de contourner les inconvénients respectifs des approches purement eulériennes et purement lagrangiennes, nous proposons une approche intermédiaire de type ALE (arbitrairement lagrangienne eulérienne) : à chaque incrément de temps, les équations d'équilibre mécanique (Navier-Stokes incompressibles) sont résolues sur le domaine fluide, après discrétisation en temps et en espace. Dans le même temps, une vitesse de maillage indépendante de la vitesse matérielle est calculée de manière à optimiser la forme des éléments (régularisation) tout en respectant le flux de matière en frontière. Les échanges thermiques sont traités par une résolution découplée de l'équation de la chaleur restreinte au fluide, et les effets turbulents, s'ils existent, sont pris en compte par le modèle K- standard. Le logiciel de simulation du remplissage ainsi construit a été validé dans diverses configurations académiques de la littérature, et confronté avec succès à des résultats de coulée de métaux en moule instrumenté. Une campagne expérimentale sur maquette hydraulique transparente a permis de montrer l'aptitude du modèle mécanique à représenter les évolutions de front de matière dans des géométries complexes caractéristiques de la fonderieThis work deals with the numerical simulation of unsteady free surface flows of incompressible viscous fluids with the finite element method. In order to overcome the limitations due to both purely Eulerian and purely Lagrangian approaches, an intermediate ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) formulation is proposed : at each time increment, the mechanical equilibrium (incompressible Navier-Stokes equations) is solved on the fluid domain, after time and space discretization. At the same time, a mesh velocity is computed using a regularization technique that enables to keep the mesh as near as possible to the optimum and respects the material flux. The thermal equilibrium is solved in an uncoupled way, and turbulent effects, if present, are taken into account via a standard k-Є model. The resulting filling software has been validated on various classical test cases, and succesfully compared to results of metal flows on an instrumented mould. In addition, hydraulic experiments on a transparent model have shown the ability of the present approach to describe free surface evolutions in complex geometries, such as those encoutered in casting
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Euzenat, Florian. "Simulation numérique directe et analyse des transferts de chaleur dans les lits de particules fixes et mobiles." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/21358/1/EUZENAT_Florian.pdf.
Abstract:
Ces travaux de recherche s'intéressent à la caractérisation des transferts thermiques dans les milieux fluide-particules, et en particulier, les lits fluidisés au sein desquels un solide divisé est mis en suspension par un fluide. La grande diversité d'échelles spatiales et temporelles dans ces procédés nécessite d'étudier les interactions hydrodynamiques, thermiques et/ou chimiques entre les particules et le fluide à l'aide d'une approche multi-échelles. Une étude des transferts thermiques dans des lits fixes puis fluidisés, est réalisée à deux échelles : locale (Particle Resolved Simulation) et moyennée (Discrete Element Method-Computional Fluids Dynamics). L'étude PRS permet de caractériser les couplages locaux des transferts thermiques entre particules ainsi que la dynamique de ces transferts dans les configurations fluidisées. Une étude comparative entre les échelles met en évidence les limites du modèle DEM-CFD à capter les fluctuations des transferts thermiques observées dans les simulations PRS. Dans un dernier temps, les fermetures du modèle DEM-CFD sont améliorées de manière à réintroduire les fluctuations perdues par le changement d'échelles.
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Dellinger, Nicolas. "Modélisation de la formation et de l’évolution des particules de suie en approche hybride Euler-Lagrange pour la simulation de foyers aéronautiques." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS074.
Abstract:
Les suies représentent un enjeu important pour la conception des foyers aéronautiques. Une nouvelle réglementation de leurs émissions doit en effet entrer en vigueur en 2020. Aussi, les suies modifient les transferts radiatifs en leur sein affectant la charge thermique aux parois et la formation des NOx. Prédire précisément et efficacement la formation et l’évolution des particules de suie est cependant une question toujours ouverte en CFD. Ce travail propose de combiner une description eulérienne des précurseurs de suie et une description lagrangienne de l’évolution des particules, celle-ci étant bien adaptée au suivi de l’évolution de leur distribution en taille. La croissance des hydrocarbures aromatiques polycycliques est modélisée par une méthode sectionnelle pour calculer le taux de nucléation de suies et créer les particules suivies dans l’écoulement. Celles-ci sont modélisées par des sphères interagissant avec le gaz et – pour les plus jeunes – entre elles par coalescence selon leur diamètre. La méthode est implantée dans le code CEDRE et associée à une procédure de réduction du nombre de particules pour en contrôler le coût de convergence statistique. Appliquée à des flammes laminaires stationnaires de prémélange C2H4-air, elle est confrontée à des mesures de composition, fraction volumique de suie et diamètre des particules avec succès. La méthode est utilisée, avec l’Approximation de l’État Quasi-Stationnaire appliquée à la chimie du gaz, pour simuler une flamme turbulente pressurisée C2H4-air analogue aux configurations RQL des foyers aéronautiques, et confrontée à des mesures de fraction volumique de suie, vitesse, température et composition avec succèsSoot has become an important issue in the design of aeroengine combustors. New certifications on soot particles are to be applied in 2020 due to growing concern about pollutant emissions in the transportation industry. Soot particles also modify radiative heat transfers in combustion chambers affecting thermal load at walls and NOx formation. Still, efficient and accurate prediction of soot particles formation and evolution is an open field in CFD. This manuscript proposes to combine a Eulerian description of soot precursors and a Lagrangian description of particles evolution, which has the advantage to be well suited to follow the evolution of the particle size distribution. The growth of polycyclic aromatic hydrocarbons is modelled by a sectional method to obtain the soot inception rate and create the particles tracked in the gas flow. The particles are described as spheres interacting with the gas through chemical processes and between each other by coalescence, bounded to young liquid-like particles depending on their diameter. The method is implemented in the CEDRE code and completed by an algorithm for the reduction of the particles population to limit the cost of its statistical convergence. Applied to steady laminar premixed C2H4-air flames, it is confronted with some success to measurements of soot volume fraction, particle diameter and species molar fractions. The method is then applied combined with the Quasi-Steady State Approximation for gas chemistry to a swirled pressurized C2H4-air flame, similar to RQL configurations of aeroengine combustors, and confronted with some success to velocity, temperature, composition and soot volume fraction measurements
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Bernard, Manuel. "Approche multi-échelle pour les écoulements fluide-particules." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/12239/1/Bernard.pdf.
Abstract:
Cette thèse porte sur l’étude numérique de la dynamique des écoulements fluide-particules au sein des lits fluidisés denses. Le but de ces travaux est d’améliorer la compréhension des phénomènes qui s’y déroulent afin d’optimiser les performances des procédés industriels confrontés à ces écoulements diphasiques. En effet, la diversité des échelles de longueur et les différents types d’interaction fluide-solide et solide-solide rencontrées dans ce type de configuration rendent cette catégorie d’écoulement particulièrement complexe et intéressante à étudier. Le modèle développé à cet effet permet de suivre individuellement la trajectoire des particules et de traiter les collisions avec leurs voisines tandis que la phase fluide est décrite de façon localement moyennée. Dans ce mémoire, nous présentons tout d’abord les origines physiques du phénomène de fluidisation d’une population de particules et les grandeurs physiques qui le caractérisent. Puis nous détaillons le modèle Euler-Lagrange implémenté et présentons une série de tests de validation basés sur des résultats théoriques et des comparaisons à des résultats expérimentaux. Cet outil numérique est ensuite employé pour simuler et étudier des lits fluidisés comportant jusqu’à plusieurs dizaines de millions de particules. Enfin, nous comparons des simulations réalisées conjointement à l’échelle micro et avec le modèle développé au cours de cette thèse à l’échelle méso.
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Thuillet, Swann. "Simulation multi-échelle de l’atomisation d’un jet liquide sous l’effet d’un écoulement gazeux transverse en présence d’une perturbation acoustique." Thesis, Toulouse, ISAE, 2018. http://www.theses.fr/2018ESAE0033/document.
Abstract:
La réduction des émissions polluantes est actuellement un enjeu majeur au sein du secteur aéronautique. Parmi les solutions développées par les motoristes, la combustion en régime pauvre apparaît comme une technologie efficace pour réduire l’impact de la combustion sur l’environnement.Or, ce type de technologie favorise l’apparition d’instabilités de combustion issues d’un couplage thermo-acoustique. Des études expérimentales précédemment menées à l’ONERA ont mis en évidence l’importance de l’atomisation au sein d’un injecteur multipoint sur le phénomène d’instabilités de combustion. L’objectif de cette thèse est de mettre en place la méthodologie multi-échelle pour reproduire les phénomènes de couplage entre l’atomisation du jet liquide en présence d’un écoulement gazeux transverse (configuration simplifiée d’un point d’injection d’un injecteur multipoint) et d’une perturbation acoustique imposée, représentative de l’effet d’une instabilité de combustion. Ce type d’approche pourra, à terme, être utilisé pour la simulation instationnaire LES d’un système de combustion, et permettra de déterminer les temps caractéristiques de convection du carburant liquide pouvant affecter les phénomènes d’évaporation et de combustion, et donc l’apparition des instabilités de combustions. Afin de valider cette approche,les résultats issus des simulations sont systématiquement comparés aux observations expérimentales obtenues dans le cadre du projet SIGMA. Dans un premier temps, une simulation du jet liquide en présence d’un écoulement gazeux transverse est réalisée. Cette simulation a permis de valider l’approche multi-échelle : pour cela, les grandes échelles du jet, ainsi que les mécanismes d’atomisation reproduits par les simulations, sont analysés. Ensuite, l’influence d’une perturbation acoustique sur l’atomisation du jet liquide est étudiée. Les comportements instationnaires du jet et du spray issu de l’atomisation sont comparés aux résultats expérimentaux à l’aide des moyennes temporelles et des moyennes de phaseThe reduction of polluting emissions is currently a major issue in the aeronautics industry.Among the solutions developed by the engine manufacturers, lean combustion appears as an effectivetechnology to reduce the impact of combustion on the environment. However, this type oftechnology enhances the onset of combustion instabilities, resulting from a thermo-acoustic coupling.Experimental studies previously conducted at ONERA have highlighted the importanceof atomization in a multipoint injector to the combustion instabilities. The aim of this thesis isto implement the multi-scale methodology to reproduce the coupling phenomena between theatomization of the liquid jet in the presence of a crossflow (which is a simplified configuration ofan injection point of a multipoint injector) and an imposed acoustic perturbation, representativeof the effect of combustion instabilities. This type of approach can ultimately be used for the unsteadysimulation of a combustion system, and will determine the characteristic convection timesof the liquid fuel that can affect the phenomena of evaporation and combustion, and therefore theappearance of combustion instabilities. In order to validate this approach, the results obtainedfrom the simulations are systematically compared with the experimental observations obtainedwithin the framework of the SIGMA project. First, a simulation of the liquid jet in gaseous crossflowis performed. This simulation enabled us to validate the multi-scale approach : to this end,the large scales of the jet, as well as the atomization mechanisms reproduced by the simulations,are analyzed. Then, the influence of an acoustic perturbation on the atomization of the liquidjet is studied. The unsteady behavior of the jet and the spray resulting from the atomization arecompared with the experimental results using time averages and phase averages
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Caillau, Philippe. "Modélisation et simulation de la combustion turbulente par une approche probabiliste eulérienne lagrangienne." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES080.
Abstract:
L'objet de cette thèse concerne la modélisation des écoulements réactifs turbulents. L'objectif visé consiste à développer un modèle susceptible de prédire la formation des polluants comme le monoxyde d'azote NO ou le monoxyde de carbone CO dans des foyers tridimensionnels complexes. Pour y parvenir, on fait appel à une approche probabiliste eulérienne lagrangienne (PEUL) où le champ de vitesse est calculé à l'aide des équations eulériennes de bilan moyennées et le champ de composition et de température par une méthode dite à transport de PDF (probability density function) lagrangienne. La modélisation des termes inconnus de dispersion turbulente et de mélange aux petites échelles est détaillée. Des mécanismes réduits et un mécanisme détaillé d'oxydation du combustible (qui est ici le méthane, CH4) ainsi que le mécanisme de formation du NO thermique sont introduits et testés. On présente les résultats obtenus avec le modèle PEUL dans trois configurations expérimentales. Les comparaisons calcul-expérience démontrent la capacité du modèle à prédire la formation du NO thermique et (partiellement) du prompt NO, du CO dans des configurations bi- et tridimensionnelles ainsi qu'à représenter correctement un régime d'extinction locale de la flamme.
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Pit, Fabienne. "Modélisation du mélange pour la simulation d'écoulements réactifs turbulents : essais de modèles eulériens lagrangiens." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUE5020.
Abstract:
Ce travail porte sur la modélisation et la simulation d'écoulements réactifs turbulents à chimie non infiniment rapide par une fonction densité de probabilité conjointe. La résolution de l'équation d'évolution temporelle de la PDF conjointe analytiquement ou numériquement est très complexe. En fait, le problème est simplifié en intégrant cette équation dans l'espace des vitesses. On obtient ainsi une approche hybride probabiliste eulérienne lagrangienne. Une méthode de Monte-Carlo est utilisée ensuite, pour simuler cette équation. Dans cette équation, le phénomène de mélange a petite échelle doit être représenté par un modèle. La comparaison d'un nouveau modèle de mélange avec des modèles classiques d'échange avec la moyenne a été faite dans le cas d'une couche de mélange thermique et dans le cas d'une couche de mélange réactive. Les résultats des calculs sont encourageants. La possibilité de l'appliquer à des configurations industrielles complexes 2D axisymétrique (le bluff-body) et 3D (chambre de combustion dextre) est démontrée
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Olmos, Eric. "Étude expérimentale et numérique des écoulements gaz-liquide en colonne à bulles." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL045N.
Abstract:
Afin d’améliorer la compréhension locale et globale des colonnes à bulles, on se propose d’étudier expérimentalement et numériquement l’écoulement gaz-liquides de ces réacteurs. Un accent particulier est mis sur la compréhension des mécanismes liés aux transitions de régime. Pour parvenir à cet objectif, l’écoulement dans une colonne à bulles bi-dimensionnelle est étudiée par vélocimétrie laser Doppler. L’application de techniques de traitement de signal avancées nous permet de dresser un classement des techniques les plus aptes à décrire chacun des régimes et leur transition. L’étude numérique consiste en l’application de la mécanique des fluides numériques à l’écoulement gaz-liquide. Celle-ci a été envisagée selon trois échelles. Les petites échelles (une ou deux bulles) sont simulées par une approche « Volume Of Fluid ». Nos résultats montrent qu’un accord satisfaisant est obtenu entre les données expérimentales et calculées de vitesse, de taille et de conformation de bulles. Les échelles intermédiaires (le panache de bulles) sont modélisées par une approche de type Euler-Lagrange couplée à un modèle de dispersion stochastique de bulles. Nos simulations montrent alors la forte influence du modèle de turbulence sur les structures instationnaires de l’écoulement. Les grandes échelles sont modélisées par une approche de type Euler-Euler combinée à un bilan de population. Nous montrons alors que les transitions de régime ne peuvent être représentées qu’en tenant compte des distributions de tailles de bulles et des termes d’interaction appliqués à chaque phase gaz Eulérienne. Nous envisageons enfin l’utilisation d’une approche dite proxémique, basée sur des concepts sociologiques inter-individus pour la prédiction de la fin du régime homogène.
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Chagras, Valérie. "Simulation eulérienne-lagrangienne d'écoulements gaz-solide non isothermes : interactions particules-turbulence, application aux écoulements en conduite." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007697.
Abstract:
L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, combustion,...). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage « two-way ») interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. L'influence de la turbulence de l'écoulement gazeux sur le mouvement d'une particule est simulée par un modèle de dispersion anisotrope permettant de générer les fluctuations de vitesses et de température du fluide vu par une particule. Les développements numériques apportés au modèle en conduite ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les différents tests de sensibilité ont permis de mettre en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence (actions directes et indirectes des particules sur le fluide) sur le comportement dynamique et thermique de la suspension. Le modèle est capable de prédire les échanges thermiques en présence de particules pour une large gamme d'écoulements à la fois en conduite verticale et en conduite horizontale. Cependant, des difficultés d'ordre numérique subsistent pour les simulations en couplage « two-way » en présence de très petites particules pour des taux de chargement supérieurs à 1. Ceci est lié aux problèmes de modélisation des termes de couplage entre les deux phases (en particulier les coefficients de modélisation de l'équation de transport de la dissipation, Ce2 et Ce3 ).
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Guerdoux, Simon. "Simulation numérique du soudage par frottement malaxage." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00271234.
Abstract:
Ce travail présente le développement d'un outil numérique. Une formulation arbitrairement lagrangienne-eulérienne (ALE) est implémentée dans le logiciel 3D éléments finis FORGE3® pour simuler les différentes étapes du procédé de soudage par frottement malaxage (FSW). Une méthode découplée est utilisée : a) les champs de vitesses, pressions et températures du matériau sont calculés, b) la vitesse de maillage est calculée à partir de l'évolution des frontières du domaine et d'un critère de raffinement adaptatif procuré via une estimation d'erreur, c) les variables nodales et P0 sont transportées. Différentes techniques de calcul de la vitesse de maillage et de transport des variables sont étudiées, apportant des avantages significatifs par rapport à des approches plus standard. L'algorithme de contact a également été enrichi par une procédure de lissage d'outil. Ces améliorations ont été testées et appliquées sur des cas industriels.L'état stationnaire de soudage, tout comme les phases transitoires, sont simulés, montrant une bonne robustesse et une bonne précision de la formulation ALE développée. Dans un premier temps, la simulation de la phase de soudage stationnaire permet d'identifier, par comparaison avec des résultats expérimentaux, les paramètres de frottement. Dans un second temps, un des intérêts majeurs du modèle ALE étant la possibilité de simuler la formation de vide à l'interface outil/matière, la phase de plongée et des phases transitoires sont modélisées. Leurs simulations peuvent ainsi aider à mieux appréhender les mécanismes du phénomène complexe de déposition de matière qui doit avoir lieu à l'arrière du pion de façon à obtenir un joint sans défaut.
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Barras, Guillaume. "Interaction fluide-structure : application aux explosions sous-marines en champ proche." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10003/document.
Abstract:
En construction navale militaire, les navires sont conçus pour résister à des menaces conventionnelles comme les mines ou les torpilles. Ces conceptions s’appuient sur des calculs aux explosions sous-marines lointaines qui sont bien maîtrisées aujourd’hui. Depuis la Seconde Guerre Mondiale, cette thématique a en effet bénéficié d’importants travaux de recherche. Ceux-ci ont abouti à des méthodes numériques robustes qui permettent de simuler l’essentiel des phénomènes caractérisant ces événements. Ces méthodes, utilisées en ingénierie, s’appuient cependant sur des hypothèses restrictives qui limitent leur champ d’application. Elles sont discriminantes si l’on souhaite simuler les explosions sous-marines en champ proche, caractérisées par des phénomènes fortement non-linéaires. Dans ce cadre, on adapte la méthode éléments finis Euler-Lagrange Multi-Matériaux avec Couplage Euler-lagrange, pour simuler ces problèmes. Les évolutions présentées dans la thèse s’articulent autour de deux points. (1) La méthode est développée en deux dimensions pour résoudre les problèmes 2D axisymétriques avec une rapidité et une précision accrues par rapport aux simulations 3D. (2) La projection des résultats 2D sur des grilles de calculs différentes 2D ou 3D est implémentée. Cette technique de projection permet de résoudre le problème complet par des phases successives dont la physique se situe sur des échelles de temps et d’espace très différentes, et qui nécessitent des maillages adaptés. Les développements effectués sont finalement intégrés dans le code de calcul LS-DYNA version 5.1.1, et validés pour les différentes phases du problème à partir de résultats théoriques et expérimentauxIn military shipbuilding, ships are designed to withstand conventional threats such as mines or torpedoes. These designs are based on calculations of structural response to underwater explosions in far field, what is relatively well controlled today. The thematic of underwater explosions has indeed benefited from extensive research since the Second World War. This has resulted in robust numerical methods to simulate the main phenomena that characterize such events. These methods used in engineering are based on assumptions that limit their scope. These restrictions are discriminatory when we attempt to simulate underwater explosions in near field which are mainly nonlinear phenomena. In this context, the Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian method with Euler-Lagrange coupling is chosen to simulate these problems. To make the method more easily applicable in engineering, its adaptation is based on two points. (1) Firstly the method is developed for two-dimensional cases in order to solve 2D axisymmetric problems with higher speed and accuracy compared to 3D simulations. (2) Then the projection of results from two-dimensional analysis on 2D or 3D grids is implemented. The projection from one grid to the other allows solving the whole problem through successive phases for physics on very different time scales and space scales, what necessitates adapted meshes. The developments are implemented in LS-DYNA code for the revised version 5.1.1 and validated for the different phases of the problem from theoretical and experimental results
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Cesco, Nathalie. "Étude et modélisation de l'écoulement diphasique à l'intérieur des propulseurs à poudre." Toulouse, ENSAE, 1997. http://www.theses.fr/1997ESAE0019.
Abstract:
Pour augmenter les performances des moteurs à propergol solide des lanceurs spatiaux comme Ariane 5, le propergol est enrichi en aluminium. Lorsque celui-ci brûle, les particules d'aluminium restent à l'état de phase condensée et sont dispersées dans la chambre. Une partie d'entre elles s'accumule dans la cavité du fond arrière laissée par la tuyère intégrée. L'objectif de cette thèse est d'aider à une meilleure compréhension des mécanismes qui régissent la formation de ce dépôt en étudiant l'écoulement diphasique qui en est à l'origine. Cet écoulement est simulé numériquement en prenant en compte plusieurs phénomènes liés aux particules. La modélisation de l'écoulement gazeux et de la dispersion turbulente des particules est réalisée par une méthode Euler-Lagrange. La modélisation de la combustion de l'aluminium est étudiée et appliquée aux propulseurs à poudre. Une simulation de l'écoulement en prenant en compte la distribution de la combustion dans la chambre avec rétroaction sur l'écoulement gazeux ainsi qu'une répartition bimodale de la taille des particules est réalisée sur une configuration de petit moteur expérimental. Les résultats confirment bien que l'influence de la combustion de l'aluminium est pour ce type de configuration, répartie dans toute la chambre. Enfin, la formation du dépôt est abordée avec dans un premier temps une étude du comportement de la goutte lors de l'impact avec la paroi puis une modélisation de la formation et de la dynamique du film liquide qu'elles créent sur la paroi de la tuyère. Le modèle ainsi construit est appliqué au cas du moteur d'Ariane 5 à échelle réelle afin d'étudier l'emplacement du point d'arrêt du film, ce qui permettra de définir des critères de capture des particules.
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Bendjeddou, Zaky. "Méthodologie pour la simulation numérique des vibrations induites par écoulements dans les faisceaux de tubes." Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2005/50376-2005-81.pdf.
Abstract:
Cette thèse présente une méthodologie pour la simulation numérique des vibrations induites par les écoulements dans les faisceaux de tubes. Dans un premier temps une validation des efforts fluides exercés sur un tube fixe dans une configuration de canal ou de faisceaux de tubes en écoulements laminaires et turbulents est présentée. Dans un deuxième temps la fonnulation Arbitraire Lagrange Euler (ALE) des équations de Navier-Stokes permettant la gestion de frontières mobiles est décrite, en particulier le choix et le calcul de la vitesse de maillage. Ensuite les schémas de couplage utilisés pour la modélisation des couplages fluide-structure sont décrits et les propriétés des schémas explicites et implicites sont étudiés. Une première validation des coefficients de couplage fluide structure sur des configurations avec cylindres concentriques et de faisceaux de tubes est présentée. Enfin une première simulation numérique des couplages fluide-élastiques en faisceaux de tubes en présence d'écoulements transverses laminaires est réalisée avec identification numérique de premiers paramètres fluide-élastiques et mise en évidence de départs en instabilité fluide-élastique.
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Aquelet, Nicolas. "Modélisation de l'impact hydrodynamique par un couplage fluide-structure." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2004/50376-2004-Aquelet.pdf.
Abstract:
Cette thèse présente un modèle numérique de couplage fluide-structure pour des impacts hydrodynamiques. Ce travail de recherche s'est déroulé dans le cadre d'une collaboration avec la société Principia Marine, un bureau d'études en construction navale. L'enjeu industriel à terme est de modéliser le choc d'une vague contre une coque de navire. Dans une mer agitée ou pour une vitesse de progression importante, les impacts répétés de vagues contre la coque peuvent endommager la structure (ce phénomène est appelé "slamming" ou "tossage"). D'autres types d'impacts hydrodynamiques peuvent toutefois être évoqués comme le ballotement d'un liquide dans un réservoir à moitié rempli: pour de fortes accélérations du réservoir, le liquide peut venir, par vagues successives, frapper violemment la paroi interne du réservoir. Pour modéliser la structure et le fluide, deux approches différentes sont employées. La structure est modélisée par une formulation Lagrangienne en éléments finis. Le problème fluide est résolu par une formulation Eulérienne multi-matérielle basée sur une méthode split décomposant le pas de calcul en un cycle Lagrangien et un cycle d'advection projetant la solution Lagrangienne sur la configuration initiale. La principale problématique est de transmettre correctement les efforts d'interaction entre ces deux formulations. La méthode mise en oeuvre est un couplage par pénalisation. Un effet dissipatif est introduit dans la méthode pour amortir les oscillations numériques de fortes fréquences et une base de données pour la raideur de pénalisation est établie Pour les modélisations 3D coûteuses, une version parallèle de la formulation est décrite à travers la construction d'un cluster de processeurs et d'un algorithme d'initialisation des fractions volumiques.
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Abbas, Fatima. "Modélisation et simulation numérique de la déformation et la rupture de la plaque d'athérosclérose dans les artères." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMLH05/document.
Abstract:
Cette thèse est consacrée à la modélisation mathématique du flux sanguin dans les artères en présence de la sténose à cause de l'athérosclérose. L'athérosclérose est une maladie vasculaire complexe caractérisée par la formation d'une plaque menant au rétrécissement de l'artère. Elle est responsable des crises cardiaques et des accidents vasculaires cérébraux. Quels que soient les nombreux facteurs de risque identifiés - cholestérol et lipides, pression, régime alimentaire malsain et obésité - seuls des facteurs mécaniques et hémodynamiques peuvent donner une cause précise de cette maladie. Dans la première partie de la thèse, nous introduisons le modèle mathématique tridimensionnel décrivant l'introduction entre le sang et la paroi artérielle. Le modèle consiste à coupler la dynamique du flux sanguin donnée par les équations de Navier-Stokes formulées dans le cadre Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) avec les équations élastodynamiques décrivant l'élasticité de la paroi artérielle considérée comme un matériau hyperélastique modélisé par la loi de comportement non-linéaire de Saint Venant-Kirchhoff en tant que système d'interaction fluide-structure. Théoriquement, nous prouvons l'existence et l'unicité locale dans le temps de la solution pour ce système lorsque le fluide est supposé être un fluide homogène Newtonien incompressible et que la structure est décrite par la loi de comportement non-linéaire quasi-incompressible de Saint Venant-Kirchhoff. Les résultats sont établis en utilisant l'outil clé; le théorème du point fixe. La deuxième partie est consacrée à l'analyse numérique de ce modèle. Le sang est considéré comme un fluide non-Newtonien dont le comportement et les propriétés rhéologiques sont décrits par le modèle de Carreau, tandis que la paroi artérielle est un matériau homogène incompressible décrit par les équations élastodynamiques quasi-statiques. Les simulations sont effectuées dans l'espace à deux dimensions R^2 à l'aide du logiciel FreeFem ++ en utilisant la méthode des éléments finis. Nous nous concentrons sur l'étude de la viscosité, de la vitesse et des contraintes de cisaillement maximale. En outre, nous visons à localiser les zones de recirculation qui sont formées à la suite de l'existence de la sténose. En se basant sur de ces résultats, nous procédons à la détection de la zone de solidification où le sang passe de l'état liquide à un matériau de type gelée. Ensuite, nous spécifions que le sang solidifié est un matériau élastique linéaire qui obéit à la loi de Hooke et qui subit à une force de surface externe représentant la contrainte exercée par le sang sur la zone de solidification. Les résultats numériques concernant le sang solidifié sont obtenus en résolvant les équations d'élasticité linéaires à l'aide de FreeFem ++. Nous analysons principalement la déformation de cette zone ainsi que les contraintes de cisaillement la paroi. Les résultats obtenus vont nous permettre de proposer une hypothèse pour la formulation d'un modèle de ruptureThis thesis is devoted to the mathematical modeling of the blood flow in stenosed arteries due to atherosclerosis. Atherosclerosis is a complex vascular disease characterized by the build up of a plaque leading to the narrowing of the artery. It is responsible for heart attacks and strokes. Regardless of the many risk factors that have been identified- cholesterol and lipids, pressure, unhealthy diet and obesity- only mechanical and hemodynamic factors can give a precise cause of this disease. In the first part of the thesis, we introduce the three dimensional mathematical model describing the blood-wall setting. The model consists of coupling the dynamics of the blood flow given by the Navier-Stokes equations formulated in the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) framework with the elastodynamic equations describing the elasticity of the arterial wall considered as a hyperelastic material modeled by the non-linear Saint Venant-Kirchhoff model as a fluid-structure interaction (FSI) system. Theoretically, we prove local in time existence and uniqueness of solution for this system when the fluid is assumed to be an incompressible Newtonian homogeneous fluid and the structure is described by the quasi-incompressible non-linear Saint Venant-Kirchhoff model. Results are established relying on the key tool; the fixed point theorem. The second part is devoted for the numerical analysis of the FSI model. The blood is considered to be a non-Newtonian fluid whose behavior and rheological properties are described by Carreau model, while the arterial wall is a homogeneous incompressible material described by the quasi-static elastodynamic equations. Simulations are performed in the two dimensional space R^2 using the finite element method (FEM) software FreeFem++. We focus on investigating the pattern of the viscosity, the speed and the maximum shear stress. Further, we aim to locate the recirculation zones which are formed as a consequence of the existence of the stenosis. Based on these results we proceed to detect the solidification zone where the blood transits from liquid state to a jelly-like material. Next, we specify the solidified blood to be a linear elastic material that obeys Hooke's law and which is subjected to an external surface force representing the stress exerted by the blood on the solidification zone. Numerical results concerning the solidified blood are obtained by solving the linear elasticity equations using FreeFem++. Mainly, we analyze the deformation of this zone as well as the wall shear stress. These analyzed results will allow us to give our hypothesis to derive a rupture model
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Frank, Thomas. "Parallele Algorithmen für die numerische Simulation dreidimensionaler, disperser Mehrphasenströmungen und deren Anwendung in der Verfahrenstechnik." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2002. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-200201013.
Abstract:
Many fluid flow processes in nature and technology are characterized by the presence and coexistence of two ore more phases. These two- or multiphase flows are furthermore characterized by a greater complexity of possible flow phenomena and phase interactions then in single phase flows and therefore the numerical simulation of these multiphase flows is usually demanding a much higher numerical effort. The presented work summarizes the research and development work of the author and his research group on "Numerical Methods for Multiphase Flows" at the University of Technology, Chemnitz over the last years. This work was focussed on the development and application of numerical approaches for the prediction of disperse fluid-particle flows in the field of fluid mechanics and process technology. A main part of the work presented here is concerned with the modelling of different physical phenomena in fluid-particle flows under the paradigm of the Lagrangian treatment of the particle motion in the fluid. The Eulerian-Lagrangian approach has proved to be an especially well suited numerical approach for the simulation of disperse multiphase flows. On the other hand its application requires a large amount of (parallel) computational power and other computational ressources. The models described in this work give a mathematical description of the relevant forces and momentum acting on a single spherical particle in the fluid flow field, the particle-wall interaction and the particle erosion to the wall. Further models has been derived in order to take into account the influence of particle-particle collisions on the particle motion as well as the interaction of the fluid flow turbulence with the particle motion. For all these models the state-of-the-art from literature is comprehensively discussed. The main field of interest of the work presented here is in the area of development, implementation, investigation and comparative evaluation of parallelization methods for the Eulerian-Lagrangian approach for the simulation of disperse multiphase flows. Most of the priorly existing work of other authors is based on shared-memory approaches, quasi-serial or static domain decomposition approaches. These parallelization methods are mostly limited in theire applicability and scalability to parallel computer architectures with a limited degree of parallelism (a few number of very powerfull compute nodes) and to more or less homogeneous multiphase flows with uniform particle concentration distribution and minor complexity of phase interactions. This work now presents a novel parallelization method developed by the author, realizing a dynamic load balancing for the Lagrangian approach (DDD - Dynamic Domain Decomposition) and therefore leading to a substantial decrease in total computation time necessary for multiphase flow computations with the Eulerian-Lagrangian approach. Finally, the developed and entirely parallelized Eulerian-Lagrangian approach MISTRAL/PartFlow-3D offers the opportunity of efficient investigation of disperse multiphase flows with higher concentrations of the disperse phase and the resulting strong phase interaction phenomena (four-way coupling)Viele der in Natur und Technik ablaufenden Strömungsvorgänge sind durch die Koexistenz zweier oder mehrerer Phasen gekennzeichnet. Diese sogenannten Zwei- oder Mehrphasensysteme zeichnen sich durch ein hohes Maß an Komplexität aus und erfordern oft einen sehr hohen rechentechnischen Aufwand zu deren numerischer Simulation. Die vorliegende Arbeit faßt langjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten des Autors und seiner Forschungsgruppe "Numerische Methoden für Mehrphasenströmungen" an der TU Chemnitz zusammen, die sich mit der Entwicklung und Anwendung numerischer Berechnungsverfahren für disperse Fluid-Partikel-Strömungen auf dem Gebiet der Strömungs- und Verfahrenstechnik befassen. Ein wesentlicher Teil der Arbeit befaßt sich mit der Modellierung unterschiedlicher physikalischer Phänomene in Fluid-Partikel-Strömungen unter dem Paradigma der Lagrange'schen Betrachtungsweise der Partikelbewegung. Das Euler-Lagrange-Verfahren hat sich als besonders geeignetes Berechnungsverfahren für die numerische Simulation disperser Mehrphasenströmungen erwiesen, stellt jedoch in seiner Anwendung auch höchste Anforderungen an die Ressourcen der verwendeten (parallelen) Rechnerarchitekturen. Die näher ausgeführten mathematisch-physikalischen Modelle liefern eine Beschreibung der auf eine kugelförmige Einzelpartikel im Strömungsfeld wirkenden Kräfte und Momente, der Partikel-Wand-Wechselwirkung und der Partikelerosion. Weitere Teilmodelle dienen der Berücksichtigung von Partikel-Partikel-Stoßvorgängen und der Wechselwirkung zwischen Fluidturbulenz und Partikelbewegung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt im Weiteren in der Entwicklung, Untersuchung und vergleichenden Bewertung von Parallelisierungsverfahren für das Euler-Lagrange-Verfahren zur Berechnung von dispersen Mehrphasenströmungen. Zuvor von anderen Autoren entwickelte Parallelisierungsmethoden für das Lagrange'sche Berechnungsverfahren basieren im Wesentlichen auf Shared-Memory-Ansätzen, Quasi-Seriellen Verfahren oder statischer Gebietszerlegung (SDD) und sind somit in ihrer Einsetzbarkeit und Skalierbarkeit auf Rechnerarchitekturen mit relativ geringer Parallelität und auf weitgehend homogene Mehrphasenströmungen mit geringer Komplexität der Phasenwechselwirkungen beschränkt. In dieser Arbeit wird eine vom Autor entwickelte, neuartige Parallelisierungsmethode vorgestellt, die eine dynamische Lastverteilung für das Lagrange-Verfahren ermöglicht (DDD - Dynamic Domain Decomposition) und mit deren Hilfe eine deutliche Reduzierung der Gesamtausführungszeiten einer Mehrphasenströmungsberechnung mit dem Euler-Lagrange-Verfahren möglich ist. Im Ergebnis steht mit dem vom Autor und seiner Forschungsgruppe entwickelten vollständig parallelisierten Euler-Lagrange-Verfahren MISTRAL/PartFlow-3D ein numerisches Berechnungsverfahren zur Verfügung, mit dem disperse Mehrphasenströmungen mit höheren Konzentrationen der dispersen Phase und daraus resultierenden starken Phasenwechselwirkungen (Vier-Wege-Kopplung) effektiv untersucht werden können
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Ould, Salihi Mohamed Lemine. "Couplage de méthodes numériques en simulation directe d'écoulements incompressibles." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004901.
Abstract:
Ce travail est consacré au développement des méthodes lagrangiennes comme alternatives ou compléments aux méthodes euleriennes conventionnelles pour la simulation d'écoulements incompressibles en présence d'obstacles. On s'intéresse en particulier à des techniques ou des solveurs eulériens et lagrangiens cohabitent dans le même domaine de calcul mais traitent différents termes des équations de Navier-Stokes, ainsi qu'à des techniques de décomposition de domaines ou différents solveurs sont utilisés dans chaques sous-domaines. Lorsque les méthodes euleriennes et lagrangiennes cohabitent dans le même domaine de calcul (méthode V.I.C.), les formules de passage particules-grilles permettent de représenter la vorticité avec la même précision sur une grille fixe et sur la grille lagrangienne. Les méthodes V.I.C. ainsi obtenues combinent stabilité et précision et fournissent une alternative avantageuse aux méthodes différences-finies pour des écoulements confinés. Lorsque le domaine de calcul est décomposé en sous-domaines distincts traités par méthodes lagrangiennes et par méthodes euleriennes, l'interpolation d'ordre élevé permet de réaliser des conditions d'interface consistantes entre les différents sous-domaines. On dispose alors de méthodes de calcul avec décomposition en sous-domaines, de type Euler/Lagrange ou Lagrange/Lagrange, et résolution en formulation (vitesse-tourbillon)/(vitesse-tourbillon) ou (vitesse-pression)/(vitesse-tourbillon). Les différentes méthodes développées ici sont testées sur plusieurs types d'écoulements (cavité entrainée, rebond de dipôles de vorticité, écoulements dans une conduite et sur une marche, écoulements autour d'obstacles) et comparées à des méthodes de différences-finies d'ordre élevé.
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Pachler, Klaus, Thomas Frank, and Klaus Bernert. "Simulation of Unsteady Gas-Particle Flows including Two-way and Four-way Coupling on a MIMD Computer Architectur." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2002. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-200200352.
Abstract:
The transport or the separation of solid particles or droplets suspended in a fluid flow is a common task in mechanical and process engineering. To improve machinery and physical processes (e.g. for coal combustion, reduction of NO_x and soot) an optimization of complex phenomena by simulation applying the fundamental conservation equations is required. Fluid-particle flows are characterized by the ratio of density of the two phases gamma=rho_P/rho_F, by the Stokes number St=tau_P/tau_F and by the loading in terms of void and mass fraction.
Those numbers (Stokes number, gamma) define the flow regime and which relevant forces are acting on the particle. Dependent on the geometrical configuration the particle-wall interaction might have a heavy impact on the mean flow structure. The occurrence of particle-particle collisions becomes also more and more important with the increase of the local void fraction of the particulate phase. With increase of the particle loading the interaction with the fluid phase can not been neglected and 2-way or even 4-way coupling between the continous and disperse phases has to be taken into account.
For dilute to moderate dense particle flows the Euler-Lagrange method is capable to resolve the main flow mechanism. An accurate computation needs unfortunately a high number of numerical particles (1,...,10^7) to get the reliable statistics for the underlying modelling correlations. Due to the fact that a Lagrangian algorithm cannot be vectorized for complex meshes the only way to finish those simulations in a reasonable time is the parallization applying the message passing paradigma.
Frank et al. describes the basic ideas for a parallel Eulererian-Lagrangian solver, which uses multigrid for acceleration of the flow equations. The performance figures are quite good, though only steady problems are tackled. The presented paper is aimed to the numerical prediction of time-dependend fluid-particle flows using the simultanous particle tracking approach based on the Eulerian-Lagrangian and the particle-source-in-cell (PSI-Cell) approach. It is shown in the paper that for the unsteady flow prediction efficiency and load balancing of the parallel numerical simulation is an even more pronounced problem in comparison with the steady flow calculations, because the time steps for the time integration along one particle trajectory are very small per one time step of fluid flow integration and so the floating point workload on a single processor node is usualy rather low.
Much time is spent for communication and waiting time of the processors, because for cold flow particle convection not very extensive calculations are necessary. One remedy might be a highspeed switch like Myrinet or Dolphin PCI/SCI (500 MByte/s), which could balance the relative high floating point performance of INTEL PIII processors and the weak capacity of the Fast-Ethernet communication network (100 Mbit/s) of the Chemnitz Linux Cluster (CLIC) used for the presented calculations. Corresponding to the discussed examples calculation times and parallel performance will be presented. Another point is the communication of many small packages, which should be summed up to bigger messages, because each message requires a startup time independently of its size. Summarising the potential of such a parallel algorithm, it will be shown that a Beowulf-type cluster computer is a highly competitve alternative to the classical main frame computer for the investigated Eulerian-Lagrangian simultanous particle tracking approach.
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Morvan, Antoine. "Impact sur le pont mouillé d’un navire SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0003.
Abstract:
L’objectif de ces travaux de thèse de doctorat est de développer des modèles simplifiés d’impact hydrodynamique sur le pont mouillé d’un SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore. La connaissance des chargements hydrodynamiques auxquels est soumis le pont mouillé est une étape primordiale lors de la conception de l’étrave du navire. Pour réaliser cette étude nous avons choisi une géométrie bidimensionnelle parabolique symbolisant le pont mouillé et une houle d’Airy régulière pour la surface libre. Les modèles développés reposent sur le modèle de Wagner qui permet d’obtenir des résultats pertinents pour un faible temps de calcul. Deux types de modèles d’impact ont été développés. Des modèles dits asymptotiques car ils reposent sur un développement de Taylor du profil de houle et des modèles non-asymptotiques car ils conservent la forme complète de la houle. Les distributions de pression sur le profil parabolique sont majoritairement calculées au moyen du formalisme Modified Logvinovich Model (MLM). Les résultats en termes de corrections de surface mouillée, de champs de pression et d’efforts hydrodynamiques sont comparés entre les deux types de modèles en fonction du rayon de courbure de la houle. Nous déterminons aussi quel est la configuration d’impact qui engendre les chargements hydrodynamiques dimensionnants en se basant sur des configurations de référence. Pour les modèles non-asymptotiques, la contribution de l’amplitude et de la vitesse de phase de la houle au sein des efforts hydrodynamiques est analysée. Pour les modèles asymptotiques, nous avons réalisé l’étude des variations spatiales et temporelles des champs de pression calculés avec l’équation de Bernoulli linéarisée. Nous avons aussi comparée les résultats du formalisme composite (COMP) au formalisme MLM et leurs conséquences sur les efforts hydrodynamiques d’impact. Enfin, dans le but d’avoir une base de comparaison pour ces modèles d’impact sur houle d’Airy régulière, nous avons implémenté des modèles numériques d’impact au moyen du logiciel commercial ABAQUS/CAE. Ces modèles reposent sur un couplage CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) et ont montré une bonne correspondance avec les résultats des modèles non-asymptotiques en termes d’écarts relatifs. Au sein d’un bureau d’étude, l’intégralité de ces résultats peut constituer une aide au dimensionnement du pont mouillé d’un navire SWATHThe aim of this PhD thesis is to develop simplified models about hydrodynamic impact (slamming) on the wet deck of a SWATH vessel for the maintenance of offshore wind turbines. The knowledge of the hydrodynamic loadings that the wet deck is subjected is an essential step in the design of the vessel’s bow. To realise this study we chose a parabolic twodimensional geometry which symbolises the wet deck and a regular Airy wave for the moving free surface. The models developed are based on the Wagner theory which provides relevant results for a low computational time. Two types of impact models have been developed. So-called asymptotic models, because they use a Taylor expansion of the wave profil and non-asymptotic models because they retain the whole shape of the wave. The pressure distributions on the parabolic shape are mainly calculated by the Modified Logvinovich Model (MLM). The results in terms of wetted corrections, pressure fields and hydrodynamic loadings are compared between the two types of models as a function of the wave radius of curvature We also determine the hydrodynamic impact arrangement which produces the highest hydrodynamic loadings by using reference configurations. For non-asymptotic models, the contribution of wave amplitude and phase velocity within hydrodynamic loadings is analysed in details. For non-asymptotic models, we made the study of the spatial and time variations of pressure fields computed with the linearized Bernoulli equation. We also compared the results of composite theory (COMP) to MLM theory and their consequences on hydrodynamic loadings. Finally, in order to get a basis of comparison for these regular Airy wave impact models, we implemented a numerical model using ABAQUS/CAE software. This model is based on a Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) coupling and show good matching with the results of non-asymptotic models in terms of relative errors. In a design office, all those results can be used to help design of the wet deck of a SWATH vessel
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Bhatnagar, Akshay. "Direct Numerical Simulations of Fluid Turbulence : (A) Statistical Properties of Tracer And Inertial Particles (B) Cauchy-Lagrange Studies of The Three Dimensional Euler Equation." Thesis, 2016. http://etd.iisc.ac.in/handle/2005/2747.
Abstract:
The studies of particles advected by tubulent flows is an active area of research
across many streams of sciences and engineering, which include astrophysics,
fluid mechanics, statistical physics, nonlinear dynamics, and also chemistry and biology. Advances in experimental techniques and high performance computing have made it possible to investigate the properties these
particles advected by fluid flows at very high Reynolds numbers. The main focus of this thesis is to study the statistics of Lagrangian tracers and heavy inertial particles in hydrodynamic and magnetohydrodynamic (MHD) turbulent
flows by using direct numerical simulations (DNSs). We also study the statistics of particles in model stochastic flows; and we compare our results for such models with those that we obtain from DNSs of hydrodynamic equations. We uncover some of aspects of the statistical properties of particle trajectories that have not been looked at so far. In the last part of the thesis we present some results that we have obtained by solving the three-dimensional
Euler equation by using a new method based on the Cauchy-Lagrange formulation. This thesis is divided into 6 chapters. Chapter 1 contains an introduction
to the background material that is required for this thesis; it also contains an
outline of the problems we study in subsequent Chapters. Chapter 2 contains
our study of “Persistence and first-passage time problems with particles in
three-dimensional, homogeneous, and isotropic turbulence”. Chapter 3 is devoted
to our study of “Universal Statistical Properties of Inertial-particle Trajectories
in Three-dimensional, Homogeneous, Isotropic, Fluid Turbulence”.
Chapter 4 deals with “Time irreversibility of Inertial-particle trajectories in
Homogeneous, Isotropic, Fluid Turbulence”. Chapter 5 contains our study
of the “Statistics of charged inertial particles in three-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) turbulence”. Chapter 6 is devoted to our study of
“The Cauchy-Lagrange method for the numerical integration of the threedimensional
Euler equation”.
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Bhatnagar, Akshay. "Direct Numerical Simulations of Fluid Turbulence : (A) Statistical Properties of Tracer And Inertial Particles (B) Cauchy-Lagrange Studies of The Three Dimensional Euler Equation." Thesis, 2016. http://hdl.handle.net/2005/2747.
Abstract:
The studies of particles advected by tubulent flows is an active area of research
across many streams of sciences and engineering, which include astrophysics,
fluid mechanics, statistical physics, nonlinear dynamics, and also chemistry and biology. Advances in experimental techniques and high performance computing have made it possible to investigate the properties these
particles advected by fluid flows at very high Reynolds numbers. The main focus of this thesis is to study the statistics of Lagrangian tracers and heavy inertial particles in hydrodynamic and magnetohydrodynamic (MHD) turbulent
flows by using direct numerical simulations (DNSs). We also study the statistics of particles in model stochastic flows; and we compare our results for such models with those that we obtain from DNSs of hydrodynamic equations. We uncover some of aspects of the statistical properties of particle trajectories that have not been looked at so far. In the last part of the thesis we present some results that we have obtained by solving the three-dimensional
Euler equation by using a new method based on the Cauchy-Lagrange formulation. This thesis is divided into 6 chapters. Chapter 1 contains an introduction
to the background material that is required for this thesis; it also contains an
outline of the problems we study in subsequent Chapters. Chapter 2 contains
our study of “Persistence and first-passage time problems with particles in
three-dimensional, homogeneous, and isotropic turbulence”. Chapter 3 is devoted
to our study of “Universal Statistical Properties of Inertial-particle Trajectories
in Three-dimensional, Homogeneous, Isotropic, Fluid Turbulence”.
Chapter 4 deals with “Time irreversibility of Inertial-particle trajectories in
Homogeneous, Isotropic, Fluid Turbulence”. Chapter 5 contains our study
of the “Statistics of charged inertial particles in three-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) turbulence”. Chapter 6 is devoted to our study of
“The Cauchy-Lagrange method for the numerical integration of the threedimensional
Euler equation”.
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Matysiak, Andreas [Verfasser]. "Euler-Lagrange-Verfahren zur Simulation tropfenbeladener Strömung in einem Verdichtergitter / vorgelegt von Andreas Matysiak." 2007. http://d-nb.info/984896678/34.
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Senoner, Jean-Mathieu. "Large-Eddy Simulation of the two-phase flow in an aeronautical combustor using an Euler-Lagrange approach." Phd thesis, 2010. http://oatao.univ-toulouse.fr/7215/1/senoner1.pdf.
Abstract:
Aeroautical gas turbines need to satisfy growingly stringent demands on pollutant emission. Pollutant emissions are directly related to the quality of fuel air mixing prior to combustion. Therefore, their reduction relies on a more accurate prediction of spray formation and interaction of the spray with the gaseous turbulent flowfield. Large-Eddy Simulation (LES) seems an adequate numerical tool to predict these mechanisms. The objective of this thesis is to evaluate the impact of simplified injection methods on the LES of the evaporating two-phase flow inside a complex geometry. The chosen target configuration is an aeronautical combustor installed on the MERCATO test-rig. The experimental setup includes an air-swirler injection system and a pressureswirl atomizer typical of realistic aeronautic combustors. In a first step, a simplified injection model for pressure swirl atomizers neglecting the impact of liquid disintegration on spray dynamics is presented. The main objective of this model lies in the reproduction of similar injection conditions for Eulerian and Lagrangian representations of the dispersed phase. In a second step, the Lagrangian injection method is combined to a secondary breakup model of the literature to partly account for the liquid disintegration process. The presented LES’s of the evaporating two-phase flow inside the MERCATO geometry consider two different aspects. First, the impact of injection modeling on spray dynamics is assessed. Second, Euler-Euler and Euler-Lagrange simulations relying on the common simplified injection model are compared.
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Emans, Maximilian [Verfasser]. "Numerische Simulation des unterkühlten Blasensiedens in turbulenter Strömung : ein Euler-Lagrange-Verfahren auf orthogonalen Gittern / Maximilian Emans." 2003. http://d-nb.info/970212860/34.
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Dapelo, Davide, and John Bridgeman. "Euler-Lagrange Computational Fluid Dynamics simulation of a full-scale unconfined anaerobic digester for wastewater sludge treatment." 2017. http://hdl.handle.net/10454/17925.
Abstract:
YesFor the first time, an Euler-Lagrange model for Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to model a full-scale gas-mixed anaerobic digester. The design and operation parameters of a digester from a wastewater treatment works are modelled, and mixing is assessed through a novel, multi-facetted approach consisting of the simultaneous analysis of (i) velocity, shear rate and viscosity flow patterns, (ii) domain characterization following the average shear rate value, and (iii) concentration of a non-diffusive scalar tracer. The influence of sludge’s non-Newtonian behaviour on flow patterns and its consequential impact on mixing quality were discussed for the first time. Recommendations to enhance mixing effectiveness are given: (i) a lower gas mixing input power can be used in the digester modelled within this work without a significant change in mixing quality, and (ii) biogas injection should be periodically switched between different nozzle series placed at different distances from the centre.
The first author is funded via a University of Birmingham Postgraduate Teaching Assistantship award.