Tesis: "Équations de Reynolds-Averaged Navier Stokes"

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Frazza, Loïc. "3D anisotropic mesh adaptation for Reynolds Averaged Navier-Stokes simulations". Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS423.

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Resumen

Nous montrons dans cette thèse la capacité des schémas numériques modernes à simuler des écoulements turbulents sur des maillages totalement non-structurés générés automatiquement à l’aide de méthodes adaptatives. Nous détaillons le développement de différentes versions du modèle de Spalart-Allmaras ainsi que les choix numériques garantissant une robustesse suffisante du solver pour ne pas nécessiter de couche limite structurée. Nous introduisons en suite l’analyse d’erreur nécessaire pour proposer different estimateurs d’erreur à la base de l’optimisation de maillage. Cette méthodologie est testée sur différents cas tests d’aérodynamique externe et de turbomachines et comparée aux méthodes traditionnelles de géneration de maillage. Nous montrons ainsi la capacité des méthodes d’adaptation de maillage à générer automatiquement des maillages adaptés optimaux pour les simulations RANS autour de géométries réalistes et complexes
The fast and reliable simulation of turbulent flow using Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) models is a major financial issue for many industries. With the increasing complexity of geometries and simulated flows, as well as requirements in terms of fidelity, the generation of appropriate meshes has become a key link in the chain of computation. We show in this thesis the ability of modern numerical schemes to simulate turbulent flows on fully unstructured meshes generated automatically using mesh adaptation methods. We present the implementation of different versions of the Spalart-Allmaras model as well as the numerical choices guaranteeing a sufficient robustness of the solver in order to not require a structured boundary layer. We then introduce the error analysis necessary to propose different error estimators for mesh optimization. This methodology is tested on various external aerodynamic and turbomachinery test cases and compared to traditional mesh generation methods. We show the ability of mesh adaptation methods to automatically generate optimal mesh sizes for RANS simulations on realistic and complex geometries

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Zhang, Yunzh. "Contribution à la résolution des équations de Navier-Stokes par la méthode des équations intégrales". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2003. http://www.theses.fr/2003EPXX0006.

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Assemien, Ahiko. "Comportement asymptotique des équations de Navier-Stokes pour des écoulements de faible épaisseur". Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10010.

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Resumen

Dans ce travail nous nous interessons au comportement asymptotique des equations de navier-stokes en regime stationnaire, dans des domaines avec une faible epaisseur. Notre domaine d'etude est constitue de la jonction d'un film mince et d'un domaine appele cavite de grande dimension devant celle du film mince. Dans une premiere partie nous considerons des conditions aux limites non homogenes en vitesse. Grace a des inegalites du type inclusions de sobolev tenant compte de la non-isotropie du domaine nous montrons que dans le film mince les effets d'inertie n'interviennent pas dans l'equation verifiee par le premier terme du developpement asymptotique de la pression cette equation etant l'equation de reynolds classique pour les films minces. On met en evidence l'influence des effets d'inertie dans le deuxieme terme du developpement et pour un choix judicieux des conditions aux limites nous obtenons des resultats de convergence au deuxieme ordre. Dans la cavite la vitesse limite est nulle et la pression limite constante. On prouve que la pression limite n'admet pas de saut a l'interface des deux domaines. Dans une deuxieme partie nous considerons le probleme de la lubrification hydrostatique avec conditions aux limites homogenes en vitesse sur une partie de la frontiere et conditions aux limites en pression sur l'autre partie. On trouve dans le film mince le meme type d'equations. Dans la cavite les equations sont celles de stokes, d'euler ou de navier-stokes. Dans la derniere partie nous presentons des resultats numeriques relatifs au probleme de la lubrification hydrodynamique

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Ravalason, William. "Résolution numérique des équations de Navier-Stokes pour les écoulements transsoniques autour d'arrière-corps droits". Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10117.

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Resumen

La méthode retenue est fondée sur la résolution, par un schéma implicite, des équations de Navier-Stokes instationnaires bidimensionnelles. Les applications de cette méthode concernent l'écoulement autour d'un projectile de type ogive-cylindre. Dans un premier temps, on examine le cas des nombres de Reynolds modérés et, dans un deuxième temps, celui des grandes valeurs du nombre de Reynolds, la turbulence étant alors prise en compte par l'utilisation d'un modèle algébrique de type longueur de mélange.

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Wakrim, Mohamed. "Analyse numérique des équations de Navier-Stokes incompressibles et simulations dans des domaines axisymétriques". Saint-Etienne, 1993. http://www.theses.fr/1993STET4015.

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Resumen

Dans cette thèse, on a développé une méthode numérique pour la simulation des écoulements de fluides à nombre de Reynolds élevé, utilisant deux types d'éléments finis. On a établi la convergence de l'algorithme d'Uzawa en formulation de Petrov-Galerkin et on a étudié l'élément fini de Crouzeix-Raviart en formulation de Petrov-Galerkin. Pour finir, on a construit un préconditionneur du CGS pour une formulation couplée

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Guilmineau, Emmanuel. "Contribution a la prediction du decrochage sur des ailes en incidence au moyen des equations de navier-stokes-reynolds". Nantes, 1995. http://www.theses.fr/1995NANT2097.

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Resumen

Ce travail concerne la resolution numerique des equations de navier-stokes, ecrites sous forme conservative, pour un ecoulement de fluide incompressible. La reconstruction des flux est realisee par la methode cpi (consistent physical interpolation) qui s'applique aussi bien aux flux de masse qu'a ceux de quantite de mouvement. Des comparaisons avec des donnees experimentales sont systematiquement realisees. Les premieres applications sont la mise en impulsion d'un ecoulement laminaire autour d'un cylindre de section circulaire et d'un profil d'aile naca 0012. De tels problemes sont souvent utilises comme cas tests numeriques pour des etudes d'ecoulement instationnaire produisant une separation massive. Ensuite, on s'interesse a la prediction d'un ecoulement laminaire autour d'un profil d'aile naca 0012 en oscillations de tangage. Une autre application envisagee est la prediction d'ecoulements turbulents pour etudier les caracteristiques du decrochage de profils bidimensionnels a incidence fixe. Trois modeles de turbulence sont utilises: le modele baldwin-lomax, le modele baldwin-barth et le modele k-sst. Les profils d'aile etudies sont: le profil naca 4412 a son incidence de portance maximale, 13. 87, le profil as 240 ou profil b pour deux incidences: 8 et 19 et le profil ga(w)-1 pour les incidences suivantes: 4. 17, 14. 4 et 20. 05. Pour achever cette etude, l'ecoulement turbulent autour d'un profil naca 0012 en mouvement de tangage est considere avec plusieurs modeles de turbulence. Dans tous les cas, le modele k-sst donne de meilleurs resultats de portance et moment. Ce travail se termine par l'etude d'un ecoulement tridimensionnel turbulent autour d'une aile, en incidence, de section naca 0015 et d'envergure finie

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Kahil, Yacine. "Simulation des grandes échelles d'écoulements turbulents autour de cylindres circulaires à un nombre de Reynolds sous critique". Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066631.

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Resumen

La thèse présente des études numériques avec analyse approfondie d'écoulements turbulents autour d'un ou plusieurs cylindres sur différentes configurations illustratives d'applications industrielles. L'objectif est de comprendre le comportement de l'écoulement et d'expliquer les phénomènes physiques qui apparaissent dans certaines configurations. A l'aide de la technique de la simulation des grandes échelles (LES), les champs instantanés de l'écoulement et les forces exercées sur les cylindres sont calculés. En variant la distance entre le centre des cylindres, plusieurs topologies de sillage apparaissent. Les simulations ont montré que pour les petits espacements, les configurations se comportent quasiment comme un corps unique. Cependant, pour les rapports intermédiaires, des instabilités apparaissent avec changement de comportement de l'écoulement et aussi des échappements tourbillonnaires qui auraient un grand effet sur les fluctuations des structures. Le but de notre travail est de définir les causes de ces instabilités et le moment de leur apparition. Pour les grands espacements, les structures se comportent comme un seul cylindre avec certaines différences pour ceux situés dans le sillage des cylindres en amont. En plus, l'influence de l'espacement sur les changements de mode et les structures qui en sont responsables sont présentée en détail. Les données obtenues dans cette thèse permettront d'une part d'aborder la configuration de faisceaux de tube avec un degré de confiance plus élevé. D'autre part, une base de données sera créée et mise à disposition de la communauté scientifique pour la validation des codes de calcul ou la compréhension approfondie des phénomènes physiques en jeu

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Guenot, Damien. "Simulation des effets instationnaires à grande échelle dans les écoulements décollés". École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007), 2004. http://www.theses.fr/2004ESAE0009.

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Le calcul des écoulements turbulents décollés est un des enjeux majeurs de l’aérodynamique numérique. Différentes méthodes existent : résolution des équations moyennées stationnaires, instationnaires (RANS/URANS), ou Simulation des Grandes Échelles (SGE). La méthode hybride Detached Eddy Simulation (DES) semble bien adaptée : elle utilise un modèle unique qui se comporte près des parois comme un modèle URANS (limite le coût de calcul), et loin comme une SGE (décrit mieux les écoulements hors équilibre). Les calculs de plaque plane montrent la nécessité de calculer les zones attachées en mode URANS. Pour le proﬁl en décrochage, différents paramètres (maillage, envergure, formulation en mode SGE) sont testés. On obtient une meilleure prévision de la portance et de la traînée par rapport à l’URANS. Le cas de la marche descendante montre les limites de la DES. La géométrie pose le problème de la couche limite amont épaisse où les structures turbulentes sont absentes (traitée en URANS).

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

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

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Dauby, Davy. "Simulation d'écoulements cavitants par résolution numérique des équations de Navier-Stokes en moyenne de reynolds : application à la cavitation de tourbillon d'extrémité". Nantes, 2007. http://www.theses.fr/2007NANT2141.

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Le présent travail de thèse s'inscrit dans une logique d'intégration de nouveaux phénomènes physiques dans les solveurs Navier-Stokes dont la maturité atteinte aujourd'hui leur permet d'appréhender de nombreux domaines de la physique autres que la mécanique des fluides. Le modèle de cavitation de type production-destruction, intégré dans un solveur Navier-Stokes utilisant une méthode de type Volumes-Finis non structurés, est présenté. Les différentes méthodes numériques pour mener de façon robuste le calcul d'écoulement cavitans sont exposées. On s'attarde notamment sur les difficultés intrinsèques au modèle de cavitation employé et sur l'influence de ses paramètres dans le cas d'une poche de cavitation attachée au bord d'attaque d'un profil d'aile bidimensionnel. Dans le cadre d'une thématique connexe de la cavitation en hydrodynamique, on s'intéresse à la capture, par deux méthodes de raffinement local; du tourbillon d'extrémité généré par un profil d'aile tridimensionnel de forme en plan elliptique. Enfin l'application tridimensionnel du modèle de cavitation sur une hélice en rotation en eau calme est proposée
This present PhD work is part of the new trend of implementation of new physical phenomena in Navier-Stokes solver , which have reached a maturity that eneables them to deal with problems in many fields of physics other than fluid mechanics. The production-desctruction cavitation model employed in this work, implemented in a Navier-Stokes solover bases on a fully unstructured Finite Volume method is presented. The various numerical methods employed to run computations of cavitating flows in a robust way are exposed. The emphasis is on the intrinsic diffulties of the cavitation model and on the influence of its parmeters in the case of a leading ede cavity sheet on a two dimensional hydrofoil. In a theme closely related to hydrodynamic cavitation, we focus on the capturing, using two local refinement method of a tip-vortex generated by a tree-dimensional elliptic hydrofoil. Finally, a three-dimensional application of the cavitation model on a propeller rotating in open water is proposed

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

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Resumen

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

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Zaouali, Yassine. "Etude tomographique des instabilités d'un jet axisymétrique à bas nombre de Reynolds par PIV et analyse des frontières". Saint-Etienne, 2004. http://www.theses.fr/2004STET4022.

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L'étude développée dans ce mémoire constitue une contribution par des moyens numériques et expérimentaux à la caractérisation des écoulements de type jet. A partir du développement d'instabilités hydrodynamiques dans un écoulement de type jet axisymétrique libre évoluant à bas nombres de Reynolds, nous avons étudié plus précisément la transition à la turbulence. L'étude numérique consiste à une résolution numérique des équations de Navier-Stockes régissant les écoulements de type jet circulaire et isotherme en régime laminaire. Notre travail a été orienté particulièrement vers l'étude de l'influence des conditions d'émission du gaz à la section d'injection sur le comportement aérodynamique du jet. Nous présentons également des résultats concernant le champ de concentration. Dans la partie expérimentale, la technique de PIV et la visualisation des écoulements associée aux traitements d'images ont été utilisées afin d'étudier le champ de vitesse, les instabilités hydrodynamiques et la transition à la turbulence dans ce type d'écoulements. L'apparition des instabilités, à partir des modes sinueux et variqueux, et leur évolution vers l'état chaotique (turbulent) sont suivies en fonction du paramètre principal à savoir le nombre de Reynolds
The study developed in this memory constitutes a contribution by numerical and experimental means to the characterization of the jet flow type. From the development of hydrodynamic instabilities in a free axisymmetry jet flow evolving at low Reynolds numbers, we more precisely studied the transition to turbulence. The numeric study is relative to a numeric resolution of Navier-Stockes equations governing circular and isotherm jet flow in laminar engine. Our work has been oriented particularly towards the influence of the emission conditions (at the nozzle exit) on the jet aerodynamic behavior. We also present results concerning the concentration field. In the experimental part, the PIV technique and the flow visualization associated with image processing were used to study the velocity field, the hydrodynamic instabilities and the transition to turbulence in this type of flows. In the sinuous and varicose modes, the appearance and of instabilities their evolution towards the chaotic state (turbulent) are followed according to the principal parameter, the Reynolds number

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Hay, Alexander. "Étude des stratégies d'estimation d'erreur numérique et d'adaptation locale de maillages non-structurés pour les équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds". Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2002.

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On s'intéresse dans ce travail de thèse aux solutions numériques des équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds obtenues à partir du solveur ISIS. Celui-ci est basé sur une discrétisation volumes finis précise à l'ordre 2 en temps et en espace pour des maillages non-structurés composés de volumes de contrôle de forme arbitraire. L'objectif de ce travail de thèse est de développer et d'étudier une méthode d'adaptation locale de maillages pour atteindre une solution de précision prédéterminée et uniforme au cours d'un processus automatique en minimisant les coûts de calcul et l'effort humain. L'utilisation d'une structure de donnée adéquate permet de rendre la procédure dynamique notamment par l'utilisation de connectivités de parenté entre les éléments. L'adaptation des maillages s'effectue de manière très générale puisque la taille caractéristique locale des grilles de calcul peut être augmentée ou diminuée. Le déraffinement des maillages s'effectue selon des algorithmes d'agglomération. Pour piloter cette procédure, on examine différentes stratégies d'estimation a posteriori de l'erreur de discrétisation permettant de traiter l'ensemble des problèmes avec un critère unique et objectif pour le contrôle conjoint de la précision et de l'effort de calcul. Les différentes méthodes sont étudiées et leurs capacités évaluées. On considère notamment une méthodologie basée sur la formation et la résolution d'une équation linéarisée de transport de l'erreur qui présente un terme source correspondant au résidu différentiel du problème primal dont on effectue une évaluation d'ordre élevé. L'ensemble de la procédure est finalement appliqué au traitement d'écoulements stationnaires turbulents et instationnaires à surface libre sur des géométries de complexité relativement importante. La quantification de l'efficacité de la méthode révèle des gains importants en temps CPU.

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Carpentier, Stéphane. "Simulation d'un écoulement turbulent 3D dans une conduite coudée en "S"". Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES016.

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Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude et la simulation d'un écoulement turbulent traversant une conduite coudée 3D en "S" de section croissante. La résolution des équations de Navier-Stokes (moyennées en employant le formalisme de Favre) est effectuée numériquement. Une attention toute particulière a été portée sur la modélisation de la turbulence qui détermine en grande partie la qualité des résultats obtenus au cours de la simulation numérique. La gamme de modèles de turbulences étudiés inclut les modèles algébriques, les modèles à une ou deux équations de transport basés sur le concept de viscosité turbulente introduit par Boussinesq, ainsi que les modèles anisotropes à deux équations de transport de type ASM (Algebraic Stress Model). Pour ces derniers modèles, une technique adaptée de résolution du système algébrique permettant de calculer les contraintes de Reynolds a été développée afin de stabiliser le modèle. Tous les modèles ont d'abord été évalués sur deux cas-tests bidimensionnels : une plaque plane sans gradient de pression et une plaque plane avec gradient de pression. A l'issue de cette comparaison, quatre modèles ont été retenus pour simuler l'écoulement 3D : le modèle algébrique de Baldwin-Lomax, le modèle bicouche de Chen&Patel, le modèle de Jones&Launder et un modèle ASM. La comparaison des résultats obtenus montre que le modèle ASM est le plus apte à calculer l'écoulement 3D dans la conduite en "S". En déterminant de manière précise la position et l'ampleur de la zone de circulation qui apparaît dans le second coude, le modèle ASM permet d'obtenir un écoulement simulé proche de celui qui a été observée expérimentalement.

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Deniau, Hugues. "Calcul d'écoulements supersoniques pour résolution des équations de Navier-Stokes parabolisées : modélisation de la turbulence, traitement des poches subsoniques". Toulouse, ENSAE, 1996. http://www.theses.fr/1996ESAE0001.

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Resumen

Dans le cadre de la prévision d'un écoulement supersonique par résolution des équations de Navier-Stokes Parabolisées (PNS), trois thèmes sont successivement abordés. Moyennant un traitement particulierdu gradient de pression longitudinal, le système PNS est de nature hyperbolique-parabolique. Une méthode de marche en espace a été envisagée. La discrétisation de la partie convective est essentielle pour assurer la robustesse et la précision du schéma. L'utilisation de schémas décentrés de type Roe dans la région subsonique s'avère très intéressante pour la robustesse et n'engendre pas de perte de précision. Le second thème concerne la modélisation de la turbulence avec pour double objectif de tester des modèles de turbulences éprouvés (aspect industriel) et d'étudier des modèles élaborés et récents (aspect recherche). Après avoir identifié les lacunes des modèles algébriques, une comparaison des performances des modèles à deux équations de transport à une ou deux couches ou aux tensions de Reynolds sur les plans numérique et relatif à la qualité des résultats est présentée. Un traitement de la région de proche paroi permettant de réduire la sensibilité au maillage monocouches a été développé. Pour les modèles aux tensions de reynolds, l'accent porte sur la rpise en compte des effets de paroi dans la modélisation des termes sources des équations de transport et plus précisément du terme de redistribution d'énergie. Deux grandes familles de modèles ont ainsi été identifiées selon la nature de l'amortissement pariétal. En dépit d'une plus faible robustesse, les modèles aux tensions de Reynolds se sont révélés mieux à même de prévoir un écoulement tourbillonnaire. Les différents modèles ainsi que les modifications apportées ont été testés dans le cas d'un écoulement se développant sur un ogive-cylindre. Enfin, le dernier thème concerne le traitement des zones subsoniques étendues. Une procédure mixte permettant de calculer un écoulement par résolution des équations de Navier-Stokes ou PNS a été développé. La détection automatique des zones de l'écoulement où les hypothèses de parabolisation ne sont plus valables a nécessité la mise au point de critères.

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

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Resumen

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

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Devaux, Nicolas. "Modélisation des tensions de Reynolds : application au calcul de l'écoulement autour d'automobiles". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2296.

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Le but de cette these est de simuler a l'aide d'un code de calcul les ecoulements tridimensionnels, incompressibles et turbulents autour de vehicules automobiles. La technique utilisee est celle des elements finis. Nous traitons la turbulence par une approche statistique classique en resolvant les equations completes de navier-stokes moyennees. Nous nous sommes interesses au modele a une equation de wolfstein, utilisable jusqu'aux parois solides. Ensuite, nous nous sommes interesses au modele k-epsilon avec une loi de paroi. Enfin, nous avons etudie assez precisement un modele assez frequemment utilise, dit modele algebrique des tensions de reynolds. Celui-ci est analogue aux modeles differentiels des tensions de reynolds mais les equations differentielles sont remplacees par des equations algebriques. Notre etude montre que le modele algebrique des tensions de reynolds donne une solution unique dans un ensemble facilement identifiable (proche d'une turbulence isotrope) pour des ecoulements avec de faibles gradients de vitesse mais qu'en general plusieurs solutions existent pour un gradient de vitesse quelconque. Apres application a divers cas-tests, les differents modeles ont ete utilises pour calculer l'ecoulement autour d'un vehicule automobile

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Moureh, Jean. "Approche numérique tridimentionnelle de l'agitation mécanique en régime turbulent". Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT049G.

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L'objectif de cette etude est d'apporter une meilleure connaissance hydrodynamique et energetique de l'ecoulement turbulent et tridimensionnel genere par une turbine de rushton en cuve agitee munie de quatre chicanes verticales. Le probleme est aborde numeriquement. Deux codes de calcul: un bidimensionnel (2d) et un tridimensionnel (3d), fondes sur la resolution des equations locales de navier-stokes en regime turbulent, ont ete developpes. La turbulence est schematisee par un modele a deux equations de transport du type (k, epsilon). La resolution des equations est effectuee en variables premieres (vitesse, pression) par la methode des volumes finis. Des formulations originales concernant la discretisation des termes de production de la turbulence et des fonctions de parois ont ete introduites dans les codes afin de statisfaire numeriquement le bilan de l'energie totale. Les simulations effectuees se font a partir des conditions d'entree experimentales imposees explicitement au niveau de l'agitateur. L'analyse des resultats confirme la superiorite du code 3d developpe sans aucune simplification concernant la physique du probleme ou de la configuration geometrique etudiee. Cela apparait comme le seul moyen capable de prendre en consideration l'effet fortement tridimensionnel de l'ecoulement, induit par la presence des chicanes dans la cuve. Les informations obtenues sont tres completes tant qu'a l'echelle des structures locales des ecoulements qu'a celles des caracteristiques globales de l'agitation. Ces resultats concernent essentiellement les champs des vitesses moyennes, l'energie de turbulence, la dissipation visqueuse, les contraintes de reynolds, la longueur de melange et la viscosite effective. La comparaison avec les resultats experimentaux est satisfaisante

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Joulain, Antoine. "Simulation aérodynamique d'extrémités de pales de rotors sustentateurs d'hélicoptère". Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4768.

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Resumen

L’aérodynamique de l’hélicoptère est fortement impactée par les tourbillons générés aux extrémités de pales. La complexité des phénomènes en jeux et l’insuffisance de données expérimentales locales font du design d’extrémité un véritable défi. Cette étude propose une nouvelle approche dédiée à l’étude des extrémités en vol stationnaire. Une méthode numérique rapide et précise est mise au point afin d’étudier une extrémité de pale en rotation comme une extrémité d’aile fixe. Chaque étape de la construction de la méthode est validée par des comparaisons détaillées avec des données expérimentales publiées. Le code CFD elsA est dans un premier temps utilisé pour mettre en place une méthode de calcul basée sur la résolution des équations Reynolds-Averaged Navier-Stokes en stationnaire. La convergence de la solution et l’indépendance au maillage et aux paramètres numériques sont étudiées en détail en deux, puis en trois dimensions. La précision importante de la solution numérique permet d’analyser finement la physique de l’enroulement tourbillonnaire en extrémité. Des géométries tronquée et arrondie sont étudiées en détail, et révèlent la présence de systèmes tourbillonnaires complexes. Puis la nouvelle méthode d’adaptation pale en rotation / aile fixe est présentée. Une méthode de calcul hybride est mise au point entre le code de mécanique du vol HOST et le code elsA. En repère fixe, l’aérodynamique globale sur la pale et locale en extrémité est calculée fidèlement pour toutes les configurations étudiées. Comparée aux méthodes d’adaptation précédemment publiées, cette nouvelle stratégie offre une amélioration considérable concernant la simulation de l’aérodynamique de pale
Helicopter aerodynamics is strongly influenced by the vortices generated from the rotor-blade tips. The design of efficient tip shapes is a challenging task because of the complexity of the aerodynamic phenomena involved and the lack of local blade-tip flow measurements. This work provides a contribution to the design of helicopter tips in hover. An efficient, relatively simple and quick numerical method is set up to study rotating blade tips in fixed-wing configurations. The accuracy of the method is shown at each step of the construction by comprehensive comparisons with reliable experimental data from the literature. First, an efficient steady Reynolds-Averaged Navier-Stokes method is constructed using ONERA's elsA code. Comprehensive studies of convergence, grid dependence and sensitivity to the numerical method are performed in two and three dimensions. The very good agreement of the solution with measurements and the accuracy of the numerical method allow a physical analysis with unprecedented detail of the vortex generation and roll-up near square and rounded wing tips. The new methodology of framework adaptation is then presented. An uncoupled hybrid strategy is set up using AIRBUS HELICOPTERS' Comprehensive Analysis code HOST and the Computational Fluid Dynamics solver elsA. Global and local performance calculations are validated for all investigated test cases. Comparison with previously published adaptation methods indicates considerable improvement in the prediction of the blade aerodynamics

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Elzaabalawy, Hashim ibrahim mohamed. "Towards High-Order Compact Discretization of Unsteady Navier-Stokes Equations for Incompressible Flows on Unstructured Grids". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03274249.

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Resumen

Une méthode haut ordre de résolution des équations de Navier-Stokes pour un écoulement incompressible basée sur une discrétisation éléments finis Galerkin discontinu hybride est présentée pour laquelle la stabilité énergétique est assurée et la masse et la quantité de mouvement sont conservées. La formulation calcule exactement des champs de vitesse solénoïdaux pour des types d'élément standard sans avoir recours à des opérateurs de post-traitement ou à des espaces fonctionnels \textit{H}(div) conformes. Ceci est réalisé en proposant une définition simple et nouvelle de l'espace fonctionnel pour la pression, de sorte qu'il contienne la divergence de la vitesse discrétisée. Une attention particulière est accordée à l'application de cette méthode à différentes formes d'éléments en introduisant le concept d'éléments d'ordre réduit pour toutes les formes standard en 2D et 3D. En outre, la contrainte d'incompressibilité est gérée via la condensation statique pour résoudre le problème du point selle. De plus, dans le but de simuler des écoulements à nombres de Reynolds élevés, la signification de la stabilisation de la diffusion dans le cadre discontinue de Galerkin hybride est analysée. Alors que dans la littérature, le terme de stabilisation de la diffusion est directement proportionnel à la diffusivité ou à la viscosité pour les équations de Navier-Stokes, la présente étude dérive mathématiquement une nouvelle expression pour le terme de stabilisation de diffusion où le terme est inversement proportionnel à la diffusivité ou à la viscosité. Son importance pour les écoulements dominés par la convection est soulignée et étayée par de nombreux exemples numériques. De plus, la formulation proposée pour les équations de Navier-Stokes en régime incompressible est étendue pour résoudre ces équations en moyenne de Reynolds (RANSE) pour les modèles de turbulence TNT, BSL et SST $ k- \omega $ pour des nombres de Reynolds jusqu'à $ 10 ^ 9 $. La résolution des équations en formulation RANSE est une tâche difficile pour les méthodes d'ordre élevé, en raison de profils non réguliers des quantités caractérisant la turbulence. Dans le cadre de la formulation Galerkin discontinu, l'approximation polynomiale de ces quantités conduit à de grandes oscillations qui impactent le solveur non linéaire. Compte tenu de la complexité des méthodes d'ordre élevé et des erreurs de modélisation assez importantes de la modélisation RANS, les méthodes d'ordre inférieur sont par conséquent, souvent considérées dans la littérature comme plus pragmatiques. Cependant, cette thèse montre que la résolution des équations RANSE avec la méthode d'ordre élevé proposée est robuste et conduit à des amplitudes d'erreur significativement plus faibles par rapport aux solveurs basés sur les volumes finis du second ordre. De plus, on observe une réduction remarquable du nombre d'itérations pour obtenir une solution convergée. Une attention particulière est portée au traitement du taux spécifique de dissipation de la turbulence $\omega$ dans le cadre des approximations d’ordre élevé. Les possibilités et les limites de la simulation d'écoulements incompressibles industriels à l'aide de cette formulation haut-ordre sont évaluées afin de tirer des conclusions générales pour les applications industrielles
A high-order energy-stable method for solving the incompressible Navier-Stokes equations based on hybrid discontinuous Galerkin method is presented for which the mass and momentum are conserved. The formulation computes exactly pointwise divergence-free velocity fields for standard element types without post-processing operators nor using \textit{H}(div)-conforming spaces. This is achieved by proposing a simple and novel definition to the functional space of the pressure, such that it contains the divergence of the approximate velocity. Specific focus is given on applying this method on different element shapes by introducing the concept of reduced-order elements for all standard shapes in 2D and 3D. Further, the incompressibility constraint is handled via the static condensation to solve the saddle point problem. Furthermore, with the aim to simulate high Reynolds numbers flows, the significance of the diffusion stabilization in the hybridizable discontinuous Galerkin framework is analyzed. Referring to literature, the diffusion stabilization term is directly proportional to the diffusivity or the viscosity for the Navier-Stokes equations. In this work, a new expression for the diffusion stabilization term is mathematically derived, where the term is inversely proportional to the diffusivity or viscosity. Its importance for convection dominated flows is emphasized and supported by numerical examples.Moreover, the proposed formulation for the incompressible Navier-Stokes is extended to solve the RANSE for the TNT, BSL, and SST $k-\omega$ models for Reynolds numbers up to $10^9$.Solving RANSE is a resilient task for high-order methods, due to the non-smooth profiles of the turbulence quantities. In the discontinuous Galerkin framework, the polynomial approximation for these quantities leads to large oscillations that obstruct the non-linear solver. Taking into account the complexity with high-order methods and the fairly large modeling errors of the RANS modeling, low-order methods are believed to be more pragmatic. However, it is illustrated that solving RANSE with high-order methods leads to significantly smaller error magnitudes compared with second-order finite volume based solvers. Additionally, there is a remarkable improvement regarding the number of iterations to obtain a converged solution. Attention is given to the treatment of the specific rate of turbulence dissipation $\omega$ in the high-order framework. The possibilities and limitations of simulating industrial incompressible flows using discontinuous Galerkin based methods are assessed in order to draw some general conclusions for industrial applications

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El, Oumami Mohamed. "Modélisation du phénomène de gonflement par éléments-finis spectraux isoparamétriques". Lyon 1, 1994. http://www.theses.fr/1994LYO10333.

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Quattromini, Michele. "Graph Neural Networks for fluid mechanics : data-assimilation and optimization". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST161.

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Resumen

Cette thèse de doctorat explore l'application des réseaux de neurones en graphes (GNN) dans le domaine de la dynamique des fluides numérique (CFD), avec un accent particulier sur l'assimilation de données et l'optimisation. Le travail est structuré en trois parties principales: assimilation de données pour les équations de Navier-Stokes moyennées à la Reynolds (RANS) basée sur des modèles GNN; assimilation de données augmentée par les GNN avec des contraintes physiques imposées par la méthode adjointe; optimisation des systèmes fluides par des techniques d'apprentissage automatique (ML).Dans la première partie, la thèse examine le potentiel des GNN pour contourner les modèles de fermeture traditionnels, qui nécessitent souvent une calibration manuelle et sont sujets à des inexactitudes. En exploitant des données de simulation à haute fidélité, les GNN sont entraînés à apprendre directement les quantités non résolues de l'écoulement, offrant ainsi un cadre plus flexible pour le problème de fermeture des équations RANS. Cette approche élimine le besoin de modèles de fermeture calibrés manuellement, fournissant une alternative généralisée et basée sur les données. De plus, dans cette première partie, une étude approfondie de l'impact de la quantité de données sur les performances des GNN est réalisée, avec la conception d'une stratégie d'Active Learning pour sélectionner les données les plus informatives parmi celles disponibles. Sur la base de ces résultats, la deuxième partie de la thèse aborde un défi critique souvent rencontré par les modèles d'apprentissage automatique : l'absence de garantie de cohérence physique dans leurs prédictions. Afin de garantir que les GNN non seulement minimisent les erreurs, mais produisent également des résultats physiquement valides, cette partie intègre des contraintes physiques directement dans le processus d'entraînement des GNN. En incorporant les principes clés de la mécanique des fluides dans le cadre de l'apprentissage automatique, le modèle produit des prédictions à la fois fiables et cohérentes avec les lois physiques sous-jacentes, améliorant ainsi son applicabilité aux problèmes réels. Dans la troisième partie, la thèse démontre l'application des GNN pour optimiser les systèmes de dynamique des fluides, avec un accent particulier sur la conception des éoliennes. Ici, les GNN sont utilisés comme modèles de substitution, permettant des prédictions rapides de diverses configurations de conception sans avoir besoin de réaliser une simulation CFD complète à chaque itération. Cette approche accélère considérablement le processus de conception et montre le potentiel de l'optimisation basée sur l'apprentissage automatique dans le cadre de la CFD, permettant une exploration plus efficace des espaces de conception et une convergence plus rapide vers des solutions optimales. Sur le plan méthodologique, la thèse introduit une architecture GNN sur mesure spécifiquement adaptée aux applications CFD. Contrairement aux réseaux de neurones traditionnels, les GNN sont intrinsèquement capables de gérer des données de maillage non structurées, ce qui est courant dans les problèmes de mécanique des fluides impliquant des géométries irrégulières et des domaines d'écoulement complexes. À cette fin, la thèse présente une interface en deux parties entre les solveurs de la méthode des éléments finis (FEM) et l'architecture GNN. Cette interface transforme les champs vectoriels FEM en tenseurs numériques pouvant être traités efficacement par le réseau neuronal, permettant ainsi l'échange de données entre l'environnement de simulation et le modèle d'apprentissage
This PhD thesis investigates the application of Graph Neural Networks (GNNs) in the field of Computational Fluid Dynamics (CFD), with a focus on data-assimilation and optimization. The work is structured into three main parts: data-assimilation for Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations based on GNN models; data-assimilation augmented by GNN and adjoint-based enforced physical constraint; fluid systems optimization by ML techniques. In the first part, the thesis explores the potential of GNNs to bypass traditional closure models, which often require manual calibration and are prone to inaccuracies. By leveraging high-fidelity simulation data, GNNs are trained to directly learn the unresolved flow quantities, offering a more flexible framework for the RANS closure problem. This approach eliminates the need for manually tuned closure models, providing a generalized and data-driven alternative. Moreover, in this first part, a comprehensive study of the impact of data quantity on GNN performance is conducted, designing an Active Learning strategy to select the most informative data among those available. Building on these results, the second part of the thesis addresses a critical challenge often faced by ML models: the lack of guaranteed physical consistency in their predictions. To ensure that the GNNs not only minimize errors but also produce physically valid results, this part integrates physical constraints directly into the GNN training process. By embedding key fluid mechanics principles into the machine learning framework, the model produces predictions that are both reliable and consistent with the underlying physical laws, enhancing its applicability to real-world problems. In the third part, the thesis demonstrates the application of GNNs to optimize fluid dynamics systems, with a particular focus on wind turbine design. Here, GNNs are employed as surrogate models, enabling rapid predictions of various design configurations without the need for performing a full CFD simulation at each iteration. This approach significantly accelerates the design process and demonstrates the potential of ML-driven optimization in CFD workflows, allowing for more efficient exploration of design spaces and faster convergence toward optimal solutions. On the methodology side, the thesis introduces a custom GNN architecture specifically tailored for CFD applications. Unlike traditional neural networks, GNNs are inherently capable of handling unstructured mesh data, which is common in fluid mechanics problems involving irregular geometries and complex flow domains. To this end, the thesis presents a two-fold interface between Finite Element Method (FEM) solvers and the GNN architecture. This interface transforms FEM vector fields into numerical tensors that can be efficiently processed by the neural network, allowing data exchange between the simulation environment and the learning model

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Al-Farkh, Marwan. "Stabilité des écoulements dans un divergent en rotation". Lyon 1, 1998. http://www.theses.fr/1998LYO19013.

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Bouteloup, Joris. "Simulation numérique de la dynamique d'un lit granulaire cisaillé par un fluide visqueux". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/17966/1/Bouteloup_Joris_INPT.pdf.

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Ce travail de thèse concerne l'étude numérique du transport par charriage d'un lit de grain dans un écoulement de Couette laminaire. La méthode numérique employée est un modèle de type Euler-Lagrange, où la taille de la cellule de calcul eulérienne est supérieure mais du même ordre de grandeur que le diamètre moyen des grains. Elle repose pour la phase fluide Eulérienne sur les équations de Navier-Stokes moyennées par un terme de porosité et pour la phase solide Lagrangienne sur les équations de Newton résolues pour chaque particule via une méthode aux éléments discrets. Un terme d'interaction fluide-particule permet de coupler les deux phases. Dans un premier temps, des simulations en petit domaine sont effectuées afin d'étudier l'influence du nombre de Shields , du nombre de Reynolds particulaire Rep et du rapport de densité p/f sur le transport granulaire. Nous montrons, en particulier, que ce modèle numérique permet de retrouver le seuil de mise en mouvement du lit granulaire et les lois de débit granulaire fonction de comme obtenus dans la littérature. De plus, il est mis en évidence que ce débit granulaire q ne dépend que plus faiblement de Rep et p/f. Dans un second temps, des simulations sur de longs domaines permettent d'observer l'influence de ces mêmes paramètres sur le développement d'instabilités. Plus particulièrement, le développement de l'instabilité de lit sur les temps courts et sur les temps longs sont discutés.

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Landmann, Björn. "A parallel discontinuous Galerkin code for the Navier-Stokes and Reynolds-averaged Navier-Stokes equations". [S.l. : s.n.], 2008. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-35199.

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Landmann, Björn. "A parallel discontinuous Galerkin code for the Navier-Stokes and Reynolds averaged Navier-Stokes equations". München Verl. Dr. Hut, 2007. http://d-nb.info/988422433/04.

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Frankiewicz, Christophe. "Etude analytique, numérique et expérimentale d’écoulements générés par parois mobiles en microfluidique - Application aux micropompes". Thesis, Ecole centrale de Lille, 2012. http://www.theses.fr/2012ECLI0018/document.

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A l’heure actuelle, la microfluidique est une science en plein développement ayant un besoin croissant de dispositifs permettant de générer des écoulements aux échelles micrométriques. Les phénomènes physiques mis en jeu lors du mouvement d’un fluide sont en effet majoritairement gouvernés par la viscosité (bas nombre de Reynolds) contrairement aux écoulements macroscopiques dominés par les effets inertiels.Dans cette thèse, les écoulements engendrés par le mouvement de parois mobiles ont été étudiés en vue d’une application aux micropompes, dispositifs essentiels en microfluidique.Dans une première partie, une étude analytique et numérique évalue la possibilité de générer un écoulement par un cylindre en rotation à proximité de parois mobiles.Les résultats obtenus du régime de Stokes (Re=0) jusqu’à un nombre de Reynolds Re=60 en régime stationnaire témoignent du potentiel notable d’intégration de cette géométrie dans les microsystèmes en tant que micropompes.Dans une seconde partie, une micropompe, basée sur un principe de fonctionnement novateur, est conçue par l’intermédiaire des techniques de microfabrication. Dans cette optique, le procédé de gravure RIE d’un élastomère est entièrement développé. Les performances de la micropompe en terme de pression et débit générés dépassent l’état de l’art des microsystèmes similaires et ceci en utilisant une technologie simple et bas-coût
Currently, microfluidic is a science field in constant development with an increasing need of devices able to generate flows at the micrometer order. At these length scales, physical phenomenons occurring in a moving fluid are mainly governed by its viscosity (low Reynolds number) contrary to macroscale flows dominated by inertial effects.In this thesis, a study on flows engendered by moving walls has been carried to fulfill to micropumps devices.In a first part, an analytical and a numerical study evaluates the possibility to generate a flow for a rotating cylinder close to moving boundaries.The results ranging from Stokes flows (Re=0) up to the low Reynolds number Re=60 in the stationary regime reveals the noticeable potential of integrating this device in microsystems as a micropump. In a second part, a new micropump, based on an innovative principle, is designed thanks to microfabrication technologies. In this perspective, the etching process of an elastomer called Silastic S is developed. Micropump performances in terms of pressure and flow rate are beyond the state of the art for similar microsystems and are achieved by using a simple and low-cost technology

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Ben, Salem Mongi. "Étude numérique des actions hydrodynamiques sur une sphère en translation et rotation dans un écoulement cisaille". Nancy 1, 1996. http://www.theses.fr/1996NAN10009.

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Dans le but d'apporter une contribution aux connaissances existantes sur les actions hydrodynamiques exercées sur une particule sphérique en translation et rotation dans un écoulement cisaillé, on propose, en régime stationnaire, une étude numérique de l'influence de l'effet combiné de la rotation de la sphère et du gradient de vitesse sur la portance, la trainée et le couple. Les équations de Navier-Stokes sont résolues par une technique de type volumes finis basée sur une procédure de correction de pression. Le code de calcul est validé par des tests effectués d'une part à petits nombres de Reynolds, en comparant avec les résultats théoriques de Saffman (1965) et de McLaughlin (1991) pour le cas d'un écoulement cisaillé, et d'autre part à des nombres de Reynolds plus élevés en comparant avec les résultats numériques ou expérimentaux existant dans la littérature pour le cas d'un écoulement uniforme. L’étude est limitée aux nombres de Reynolds Rep inferieurs à 20. Les résultats obtenus apportent des informations originales, en particulier sur le couple, qui n'a jamais été étudié dans la gamme des nombres de Reynolds dépassant l'unité. Une loi décrivant la variation du coefficient de couple en fonction des paramètres Rep,ω+ (vitesse de rotation adimensionnelle) et X+ (gradient de vitesse adimensionnel) est finalement proposée.

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Bouhadji, Abdelatif. "Analyse physique par simulation numérique de phénomènes de transition bi- et tridimensionnels dans l'écoulement compressible, visqueux autour d'une aile d'avion". Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT026H.

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Le but de cette thèse est d'analyser, par simulation numérique des équations de Navier-Stokes, des écoulements autour d'un profil d'aile et d'aile, d'un fluide visqueux dans des régimes principalement transsoniques instationnaires. Pour des nombres de Mach compris entre 0. 2 et 0. 98 et un nombre de Reynolds fixe à 10 puissance 4, des étapes de changements successifs ont pu être identifiées. L'écoulement passe d'un état stationnaire et symétrique vers un état instationnaire en développant une instabilité de type Von Kàrmàn et une instabilité de basse fréquence. Pour des nombres de Mach suffisamment importants, de fortes interactions choc-vortex sont mises en évidence. Parallèlement a cette étude, l'influence du nombre de Reynolds dans la gamme (500-10 puissance 4) pour un nombre de Mach égal a 0. 85 est quantifiée. L'écoulement reste stationnaire jusqu'au nombre de Reynolds égal a 2200. Au-delà, une instabilité de type Von Kàrmàn est présente. En dernière partie, l'étude d'un écoulement transsonique autour d'une aile d'envergure infinie, est effectuée. L'analyse de cet écoulement fournit la naissance de fluctuations de la troisième composante de vitesse w le long de l'envergure, conduisant ainsi, a la perte du caractère bidimensionnel et a la formation de structures tourbillonnaires longitudinales. Les fluctuations de w montrent clairement la présence d'une instabilité secondaire inhérente au caractère tridimensionnel de l'écoulement.

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Kaya, Serpil. "Reynolds-averaged Navier-stokes Computations Of Jet Flows Emanating From Turbofan Exhausts". Master's thesis, METU, 2008. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/2/12610078/index.pdf.

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This thesis presents the results of steady, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computations for jet flow emanating from a generic turbofan engine exhaust. All computations were performed with commercial solver FLUENT v6.2.16. Different turbulence models were evaluated. In addition to turbulence modeling issues, a parametric study was considered. Different modeling approaches for turbulent jet flows were explained in brief, with specific attention given to the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method used for the calculations. First, a 2D ejector problem was solved to find out the most appropriate turbulence model and solver settings for the jet flow problem under consideration. Results of one equation Spalart-Allmaras, two-equation standart k-&
#949
, realizable k-&
#949
, k-&
#969
and SST k-&
#969
turbulence models were compared with the experimental data provided and also with the results of Yoder [21]. The results of SST k-&
#969
and Spalart-Allmaras turbulence models show the best agreement with the experimental data. Discrepancy with the experimental data was observed at the initial growth region of the jet, but further downstream calculated results were closer to the measurements. Comparing the flow fields for these different turbulence models, it is seen that close to the onset of mixing section, turbulence dissipation was high for models other than SST k-&
#969
and Spalart-Allmaras turbulence models. Higher levels of turbulent kinetic energy were present in the SST k-&
#969
and Spalart-Allmaras turbulence models which yield better results compared to other turbulence models. The results of 2D ejector problem showed that turbulence model plays an important role to define the real physics of the problem. In the second study, analyses for a generic, subsonic, axisymmetric turbofan engine exhaust were performed. A grid sensitivity study with three different grid levels was done to determine grid dimensions of which solution does not change for the parametric study. Another turbulence model sensitivity study was performed for turbofan engine exhaust analysis to have a better understanding. In order to evaluate the results of different turbulence models, both turbulent and mean flow variables were compared. Even though turbulence models produced much different results for turbulent quantities, their effects on the mean flow field were not that much significant. For the parametric study, SST k-&
#969
turbulence model was used. It is seen that boundary layer thickness effect becomes important in the jet flow close to the lips of the nozzles. At far downstream regions, it does not affect the flow field. For different turbulent intensities, no significant change occurred in both mean and turbulent flow fields.

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Moro-Ludeña, David. "An adaptive high order Reynolds-averaged Navier-Stokes solver with transition prediction". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2015. http://hdl.handle.net/1721.1/97355.

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Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Aeronautics and Astronautics, 2015.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 219-239).
The use of simulation techniques in applied aerodynamics has increased dramatically in the last three decades fostered by the growth in computational power. However, the state of the art discretization in industrial solvers remains nominally second order accurate, which makes them unfeasible to resolve multi-scale phenomena such as turbulence or acoustics, and limits their efficiency in terms of the error per degree of freedom. In recent years, the CFD community has put significant effort into the development of high order methods for fluid dynamics, with the goal of overcoming these barriers. This dissertation focuses on the application of high order hybridizable discontinuous Galerkin schemes to solve the equations that govern compressible turbulent flows. In particular, this thesis describes a novel methodology to adapt the boundary layer mesh to the solution "on the fly", based on a measure of the boundary layer thickness that drives the position of the nodes in the mesh, without changing its topology. The proposed algorithm produces accurate solutions with a reduced number of degrees of freedom, by leveraging the combination of mesh adaptivity with the high order of convergence of the discretization. In addition, the active tracking of the boundary layer reduces the nonlinear stiffness and improves the robustness of the numerical solution. A new shock capturing technique based on the addition of artificial viscosity is developed to handle shocks. The model is driven by a non-dimensional form of the divergence of the velocity, designed so that sub-cell shock resolution is achieved when a high order discretization is used, independently of the element size. The approach is extended to include the effect of transition to turbulence using an envelope eN method. This takes advantage of the structure of the mesh and requires the solution of a surface PDE for the transition criterion, which is discretized using a novel surface hybridizable discontinuous Galerkin scheme. The resulting method can simulate transition to turbulence in attached and separated flows, and can also accommodate long-scale unsteadiness in which the transition location evolves in time.
by David Moro-Ludeña.
Ph. D.

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Modisette, James M. "An automated reliable method for two-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulations". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1721.1/68406.

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Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 2011.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (p. 171-180).
The development of computational fluid dynamics algorithms and increased computational resources have led to the ability to perform complex aerodynamic simulations. Obstacles remain which prevent autonomous and reliable simulations at accuracy levels required for engineering. To consider the solution strategy autonomous and reliable, high quality solutions must be provided without user interaction or detailed previous knowledge about the flow to facilitate either adaptation or solver robustness. One such solution strategy is presented for two-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) flows and is based on: a higher-order discontinuous Galerkin finite element method which enables higher accuracy with fewer degrees of freedom than lower-order methods; an output-based error estimation and adaptation scheme which provides quantifiable measure of solution accuracy and autonomously drives toward an improved discretization; a non-linear solver technique based on pseudo-time continuation and line-search update limiting which improves the robustness for solutions to the RANS equations; and a simplex cut-cell mesh generation which autonomously provides higher-order meshes of complex geometries. The simplex cut-cell mesh generation method presented here extends methods previously developed to improve robustness with the goal of RANS simulations. In particular, analysis is performed to expose the impact of small volume ratios between arbitrarily cut elements on linear system conditioning and solution quality. Merging of the small cut element into its larger neighbor is identified as a solution to alleviate the consequences of small volume ratios. For arbitrarily cut elements randomness in the algorithm for generating integration rules is identified as a limiting factor for accuracy and recognition of canonical element shapes are introduced to remove the randomness. The cut-cell method is linked with line-search based update limiting for improved non-linear solver robustness and Riemannian metric based anisotropic adaptation to efficiently resolve anisotropic features with arbitrary orientations in RANS flows. A fixed-fraction marking strategy is employed to redistribute element areas and steps toward meshes which equidistribute elemental errors at a fixed degree of freedom. The benefit of the higher spatial accuracy and the solution efficiency (defined as accuracy per degree of freedom) is exhibited for a wide range of RANS applications including subsonic through supersonic flows. The higher-order discretizations provide more accurate solutions than second-order methods at the same degree of freedom. Furthermore, the cut-cell meshes demonstrate comparable solution efficiency to boundary-conforming meshes while significantly decreasing the burden of mesh generation for a CFD user.
by James M. Modisette.
Ph.D.

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Miller, Steven Arthur Eric Morris Philip J. "The prediction of broadband shock-associated noise using Reynolds-averaged Navier-Stokes solutions". [University Park, Pa.] : Pennsylvania State University, 2009. http://etda.libraries.psu.edu/theses/approved/WorldWideIndex/ETD-4340/index.html.

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Jobic, Yann. "Numerical approach by kinetic methods of transport phenomena in heterogeneous media". Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4723/document.

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Les phénomènes de transport en milieux poreux sont étudiés depuis près de deux siècles, cependant les travaux concernant les milieux fortement poreux sont encore relativement peu nombreux. Les modèles couramment utilisés pour les poreux classiques (lits de grains par exemple) sont peu applicables pour les milieux fortement poreux (les mousses par exemple), un certain nombre d’études ont été entreprises pour combler ce manque. Néanmoins, les résultats expérimentaux et numériques caractérisant les pertes de charge dans les mousses sont fortement dispersés. Du fait des progrès de l’imagerie 3D, une tendance émergente est la détermination des paramètres des lois d’écoulement à partir de simulations directes sur des géométries reconstruites. Nous présentons ici l’utilisation d’une nouvelle approche cinétique pour résoudre localement les équations de Navier-Stokes et déterminer les propriétés d’écoulement (perméabilité, dispersion, ...)
A novel kinetic scheme satisfying an entropy condition is developed, tested and implemented for the simulation of practical problems. The construction of this new entropic scheme is presented. A classical hyperbolic system is approximated by a discrete velocity vector kinetic scheme (with the simplified BGK collisional operator), but applied to an inviscid compressible gas dynamics system with a small Mach number parameter, according to the approach of Carfora and Natalini (2008). The numerical viscosity is controlled, and tends to the physical viscosity of the Navier-Stokes system. The proposed numerical scheme is analyzed and formulated as an explicit finite volume flux vector splitting (FVS) scheme that is very easy to implement. It is close in spirit to Lattice Boltzmann schemes, but it has the advantage to satisfy a discrete entropy inequality under a CFL condition and a subcharacteristic stability condition involving a cell Reynolds number. The new scheme is proved to be second-order accurate in space. We show the efficiency of the method in terms of accuracy and robustness on a variety of classical benchmark tests. Some physical problems have been studied in order to show the usefulness of both schemes. The LB code was successfully used to determine the longitudinal dispersion of metallic foams, with the use of a novel indicator. The entropic code was used to determine the permeability tensor of various porous media, from the Fontainebleau sandstone (low porosity) to a redwood tree sample (high porosity). These results are pretty accurate. Finally, the entropic framework is applied to the advection-diffusion equation as a passive scalar

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Edeling, Wouter Nico. "Quantification of modelling uncertainties in turbulent flow simulations". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0007/document.

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Le but de cette thèse est de faire des simulations prédictives à partir de modèles de turbulence de type RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Ces simulations font l'objet d'un traitement systématique du modèle, de son incertitude et de leur propagation par le biais d'un modèle de calcul prédictif aux incertitudes quantifiées. Pour faire cela, nous utilisons le cadre robuste de la statistique Bayesienne.La première étape vers ce but a été d'obtenir une estimation de l'erreur de simulations RANS basées sur le modèle de turbulence de Launder-Sharma k-e. Nous avons recherché en particulier à estimer des incertitudes pour les coefficients du modele, pour des écoulements de parois en gradients favorable et défavorable. Dans le but d'estimer la propagation des coefficients qui reproduisent le plus précisemment ces types d'écoulements, nous avons étudié 13 configurations différentes de calibrations Bayesienne. Chaque calibration était associée à un gradient de pression spécifique gràce à un modèle statistique. Nous representont la totalite des incertitudes dans la solution avec une boite-probabilite (p-box). Cette boîte-p représente aussi bien les paramètres de variabilité de l'écoulement que les incertitudes epistemiques de chaque calibration. L'estimation d'un nouvel écoulement de couche-limite est faite pour des valeurs d'incertitudes générées par cette information sur l'incertitude elle-même. L'erreur d'incertitude qui en résulte est consistante avec les mesures expérimentales.Cependant, malgré l'accord avec les mesures, l'erreur obtenue était encore trop large. Ceci est dû au fait que la boite-p est une prédiction non pondérée. Pour améliorer cela, nous avons développé une autre approche qui repose également sur la variabilité des coefficients de fermeture du modèle, au travers de multiples scénarios d'écoulements et de multiples modèles de fermeture. La variabilité est là encore estimée par le recours à la calibration Bayesienne et confrontée aux mesures expérimentales de chaque scénario. Cependant, un scénario-modèle Bayesien moyen (BMSA) est ici utilisé pour faire correspondre les distributions a posteriori à un scénario (prédictif) non mesuré. Contrairement aux boîtes-p, cette approche est une approche pondérée faisant appel aux probabilités des modèles de turbulence, déterminée par les données de calibration. Pour tous les scénarios de prédiction considérés, la déviation standard de l'estimation stochastique est consistante avec les mesures effectuées.Les résultats de l'approche BMSA expriment des barres d'erreur raisonnables. Cependant, afin de l'appliquer à des topologies plus complexes et au-delà de la classe des écoulements de couche-limite, des techniques de modeles de substitution doivent être mises en places. La méthode de la collocation Stochastique-Simplex (SSC) est une de ces techniques et est particulièrement robuste pour la propagation de distributions d'entrée incertaines dans un code de calcul. Néanmois, son utilisation de la triangulation Delaunay peut entrainer un problème de coût prohibitif pour les cas à plus de 5 dimensions. Nous avons donc étudié des moyens pour améliorer cette faible scalabilité. En premier lieu, c'est dans ce but que nous avons en premier proposé une technique alternative d'interpolation basée sur le probleme 'Set-Covering'. Deuxièmement, nous avons intégré la méthode SSC au cadre du modèle de réduction à haute dimension (HDMR) dans le but d'éviter de considérer tous les espaces de haute dimension en même temps.Finalement, avec l'utilisation de notre technique de modelisation de substitution (surrogate modelling technique), nous avons appliqué le cadre BMSA à un écoulement transsonique autour d'un profil d'aile. Avec cet outil nous sommes maintenant capable de faire des simulations prédictives d'écoulements auparavant trop coûteux et offrant des incertitudes quantifiées selon les imperfections des différents modèles de turbulence
The goal of this thesis is to make predictive simulations with Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models, i.e. simulations with a systematic treatment of model and data uncertainties and their propagation through a computational model to produce predictions of quantities of interest with quantified uncertainty. To do so, we make use of the robust Bayesian statistical framework.The first step toward our goal concerned obtaining estimates for the error in RANS simulations based on the Launder-Sharma k-e turbulence closure model, for a limited class of flows. In particular we searched for estimates grounded in uncertainties in the space of model closure coefficients, for wall-bounded flows at a variety of favourable and adverse pressure gradients. In order to estimate the spread of closure coefficients which reproduces these flows accurately, we performed 13 separate Bayesian calibrations. Each calibration was at a different pressure gradient, using measured boundary-layer velocity profiles, and a statistical model containing a multiplicative model inadequacy term in the solution space. The results are 13 joint posterior distributions over coefficients and hyper-parameters. To summarize this information we compute Highest Posterior-Density (HPD) intervals, and subsequently represent the total solution uncertainty with a probability box (p-box). This p-box represents both parameter variability across flows, and epistemic uncertainty within each calibration. A prediction of a new boundary-layer flow is made with uncertainty bars generated from this uncertainty information, and the resulting error estimate is shown to be consistent with measurement data.However, although consistent with the data, the obtained error estimates were very large. This is due to the fact that a p-box constitutes a unweighted prediction. To improve upon this, we developed another approach still based on variability in model closure coefficients across multiple flow scenarios, but also across multiple closure models. The variability is again estimated using Bayesian calibration against experimental data for each scenario, but now Bayesian Model-Scenario Averaging (BMSA) is used to collate the resulting posteriors in an unmeasured (prediction) scenario. Unlike the p-boxes, this is a weighted approach involving turbulence model probabilities which are determined from the calibration data. The methodology was applied to the class of turbulent boundary-layers subject to various pressure gradients. For all considered prediction scenarios the standard-deviation of the stochastic estimate is consistent with the measurement ground truth.The BMSA approach results in reasonable error bars, which can also be decomposed into separate contributions. However, to apply it to more complex topologies outside the class of boundary-layer flows, surrogate modelling techniques must be applied. The Simplex-Stochastic Collocation (SSC) method is a robust surrogate modelling technique used to propagate uncertain input distributions through a computer code. However, its use of the Delaunay triangulation can become prohibitively expensive for problems with dimensions higher than 5. We therefore investigated means to improve upon this bad scalability. In order to do so, we first proposed an alternative interpolation stencil technique based upon the Set-Covering problem, which resulted in a significant speed up when sampling the full-dimensional stochastic space. Secondly, we integrated the SSC method into the High-Dimensional Model-Reduction framework in order to avoid sampling high-dimensional spaces all together.Finally, with the use of our efficient surrogate modelling technique, we applied the BMSA framework to the transonic flow over an airfoil. With this we are able to make predictive simulations of computationally expensive flow problems with quantified uncertainty due to various imperfections in the turbulence models

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Viltapuram, Naresh Goud. "Reynolds-averaged Navier-Stokes simulations over a protrusion using a Spalart-Allmaras turbulence model". Thesis, Wichita State University, 2012. http://hdl.handle.net/10057/5613.

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This research performed Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations for the flow past an aircraft protrusion mounted on a flat surface. The major factor in this research is the investigation of shock-wave/boundary-layer interactions (SWBLIs). RANS computations were performed using the Spalart-Allmaras turbulence model and a second-order Navier-Stokes solver. The two complex three-dimensional geometries primarily focused on in this research were the circular-arc bump antenna and the TT-5006A antenna. Numerical results were in good agreement with the wind tunnel experimental results; however, some discrepancies in the flow properties occurred at the shock-interaction region. Computations were performed using the commercial software computation fluid dynamics (CFD) tool FLUENT in the High Performance Computing Center (HiPeCC) at Wichita State University.
Thesis (M.S.)--Wichita State University, College of Engineering, Dept. of Aerospace Engineering

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Rachih, Azeddine. "Étude numérique du transfert de matière à travers l'interface d'une goutte sphérique en mouvement : mise en évidence des effets 3D". Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0033.

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L'étude du transfert de matière entre deux phases immiscibles, l’une étant dispersée dans l’autre,constitue une étape clé dans le développement et l'optimisation des procédés d'extraction parsolvant. Le caractère multiphasique et multi-échelles de ces procédés rend souvent leur étude très complexe. Aussi, une description fine à l'échelle d'une goutte isolée est un préalable indispensable à la compréhension du comportement des procédés mettant en jeu des nuages ou des populations de gouttes (de formes et tailles variées). Ce travail est consacré particulièrement à l'étude par simulation numérique directe de l'hydrodynamique et du transfert de matière couplés à travers l'interface d'une goutte sphérique, placée dans une autre phase immiscible enécoulement uniforme. Les équations complètes de Navier-Stokes et de transport de la concentration du soluté sont pour cela résolues, en coordonnées curvilignes orthogonales, par une méthode de volumes finis. Une attention particulière est portée à l'implémentation des conditions à l'interface liquide-liquide afin de correctement représenter le couplage des phénomènes internes et externes à la goutte. On s'intéresse dans cette étude au transfert sans réaction chimique d’un soluté extractible, de la goutte vers la phase continue. Nous avons conduit une étude de sensibilité paramétrique couvrant une large gamme de conditions opératoires(rapport de densité, viscosité, et diffusivité, coefficient de partage de soluté) sur la variation du nombre de Sherwood. Les résultats montrent que la structure du champ de vitesse dépend fortement du nombre de Reynolds et du rapport de viscosité. L'évolution du nombre de Sherwood révèle en outre une forte influence du coefficient de partage et du rapport de diffusivité, tant sur son évolution temporelle que sur sa valeur asymptotique. L'ensemble des configurations étudiées a permis de relier le nombre Sherwood global aux valeurs représentatives des problèmes detransfert interne et externe. Les résultats numériques montrent que le comportement axisymétrique typique des configurations à Reynolds interne/externe modéré (Re < 100), n'est plus valable au delà de Re=300. Dans ces conditions, les simulations mettent en évidence des bifurcations tridimensionnelles internes du champ de vitesse ce qui impacte fortement ladistribution spatiale de la concentration et ainsi la physique et la rapidité du transfert
The space propulsion has been a political issue in the midst of the Cold War and remainsnowadays a strategic and industrial issue. The chemical propulsion on rocket engines is limited byits ejection velocity and its lifetime. Electric propulsion and more particularly Hall effect thrustersappear then as the most powerful and used technology for space satellite operation. The physicsinside a thruster is complex because of the electromagnetic fields and important collisionprocesses. Therefore, all specificities of the engine operation are not perfectly understood. Afterhundreds of hours of tests, thruster walls are curiously eroded and electromagnetic instabilities aredevelopping within the ionization chamber. The measured electron mobility is in contradiction withthe analytical models and raises issues on the plasma behavior inside the discharg chamber. As aresult, the AVIP code was developed to provide a massively parallel and unstructured 3D code toSafran Aircraft Engines modeling unsteady plasma inside the thruster. Lagrangian and Eulerianmethods are used and integrated in the solver and my work has focused on the development of afluid model which is faster and therefore better suited to industrial conception. The model is basedon a set of equations for neutrals, ions and electrons without drift-diffusion hypothesis, combinedwith a Poisson equation to describe the electric potential. A rigorous expression of collision termsand a precise description of the boundary conditions for sheaths have been established. Thismodel has been implemented numerically in an unstructured formalism and optimized to obtaingood performances on new computing architectures. The model and the numerical implementationallow us to perform a real Hall effect thruster simulation. Overall operating properties such as theacceleration of the ions or the location of the ionization zone are captured. Finally, a secondapplication has successfully reproduced azimuthal instabilities in the Hall thruster with the fluidmodel and justified the role of these instabilities in the anomalous electron transport and in theerosion of the walls

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Boles, John Arthur. "Hybrid Large-Eddy Simulation/Reynolds-Averaged Navier-Stokes Methods and Predictions for Various High-Speed Flows". NCSU, 2009. http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08122009-170842/.

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Hybrid Large Eddy Simulation/Reynolds-Averaged Navier-Stokes (LES/RANS) simulations of several high-speed flows are presented in this work. The solver blends a Menter BSL two-equation model for the RANS part of the closure with a Smagorisnky sub-grid model for the LES component. The solver uses a flow-dependent blending function based on wall distance and a modeled form of the Taylor micro-scale to transition from RANS to LES. Turbulent fluctuations are initiated and are sustained in the inflow region using a recycling/rescaling technique. A new multi-wall recycling/rescaling technique is described and tested. A spanwise-shifting method is introduced that is intended to alleviate unphysical streamwise streaks of high- and low-momentum fluid that appear in the time-averaged solution due to the recycling procedure. Simulations of sonic injection of air, helium and ethylene into a Mach 2 cross-flow of air are performed. Also, simulations of Mach 5 flow in a subscale inlet/isolator configuration with and without back-pressuring are performed. Finally, a Mach 3.9 flow through a square duct is used as an initial test case for the new multi-wall recycling and rescaling method as well as a multi-wall shifting procedure. A discussion of the methods, implementation and results of these simulations is included.

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Oliver, Todd A. 1980. "A high-order, adaptive, discontinuous Galerkin finite element method for the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1721.1/46818.

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Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 2008.
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.
Includes bibliographical references (p. 175-182).
This thesis presents high-order, discontinuous Galerkin (DG) discretizations of the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and an output-based error estimation and mesh adaptation algorithm for these discretizations. In particular, DG discretizations of the RANS equations with the Spalart-Allmaras (SA) turbulence model are examined. The dual consistency of multiple DG discretizations of the RANS-SA system is analyzed. The approach of simply weighting gradient dependent source terms by a test function and integrating is shown to be dual inconsistent. A dual consistency correction for this discretization is derived. The analysis also demonstrates that discretizations based on the popular mixed formulation, where dependence on the state gradient is handled by introducing additional state variables, are generally asymptotically dual consistent. Numerical results are presented to confirm the results of the analysis. The output error estimation and output-based adaptation algorithms used here are extensions of methods previously developed in the finite volume and finite element communities. In particular, the methods are extended for application on the curved, highly anisotropic meshes required for boundary conforming, high-order RANS simulations. Two methods for generating such curved meshes are demonstrated. One relies on a user-defined global mapping of the physical domain to a straight meshing domain. The other uses a linear elasticity node movement scheme to add curvature to an initially linear mesh. Finally, to improve the robustness of the adaptation process, an "unsteady" algorithm, where the mesh is adapted at each time step, is presented. The goal of the unsteady procedure is to allow mesh adaptation prior to converging a steady state solution, not to obtain a time-accurate solution of an unsteady problem. Thus, an estimate of the error due to spatial discretization in the output of interest averaged over the current time step is developed. This error estimate is then used to drive an h-adaptation algorithm. Adaptation results demonstrate that the high-order discretizations are more efficient than the second-order method in terms of degrees of freedom required to achieve a desired error tolerance. Furthermore, using the unsteady adaptation process, adaptive RANS simulations may be started from extremely coarse meshes, significantly decreasing the mesh generation burden to the user.
by Todd A. Oliver.
Ph.D.

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Oliver, Todd A. "A High-Order, Adaptive, Discontinuous Galerkin Finite Element Method for the Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations". Ft. Belvoir : Defense Technical Information Center, 2008. http://handle.dtic.mil/100.2/ADA488912.

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Champmartin, Stéphane. "Matrice de résistance et description du mouvement d'une particule en interaction hydrodynamique et conséquences du confinement asymétrique sur les phénomènes de transfert". Phd thesis, Université d'Angers, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00102893.

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Les interactions hydrodynamiques sont souvent négligées dans le transport de particules à cause de leur complexité. Aux fortes concentrations, ces interactions se manifestent par une différence entre les cinématiques de ces particules et celle du fluide non perturbé contrairement aux hypothèses communément admises. Aujourd'hui, seuls de lourds calculs numériques (DNS) peuvent résoudre ces problèmes. Nous développons ici une méthode alternative, basée sur la matrice de résistance généralisée, appliquée au transport d'une particule cylindrique confinée. Pour la sédimentation, elle chute plus vite en position dissymétrique. En déterminant la cinématique de la particule en écoulement de Poiseuille nous montrons la non validité de l'hypothèse évoquée. Ensuite nous étudions les phénomènes de transferts sur le même cylindre. Selon la condition aux limites, on peut soit réduire, soit augmenter le flux sur le cylindre.

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Yorke, Christopher Philip. "Direct numerical simulation of a strained and recovered channel flow with Reynolds-averaged Navier-Stokes model comparisons". Thesis, University of Southampton, 2005. https://eprints.soton.ac.uk/47118/.

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Shin, Sangmook. "Reynolds-Averaged Navier-Stokes Computation of Tip Clearance Flow in a Compressor Cascade Using an Unstructured Grid". Diss., Virginia Tech, 2001. http://hdl.handle.net/10919/28947.

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A three-dimensional unstructured incompressible RANS code has been developed using artificial compressibility and Spalart-Allmaras eddy viscosity model. A node-based finite volume method is used in which all flow variables are defined at the vertices of tetrahedrons in an unstructured grid. The inviscid fluxes are computed by using the Roe's flux difference splitting method, and higher order accuracy is attained by data reconstruction based on Taylor series expansion. Gauss theorem is used to formulate necessary gradients. For time integration, an implicit scheme based on linearized Euler backward method is used. A tetrahedral unstructured grid generation code has been also developed and applied to the tip clearance flow in a highly staggered cascade. Surface grids are first generated in the flow passage and blade tip by using several triangulation methods including Delaunay triangulation, advancing front method and advancing layer method. Then the whole computational domain including tip gap region is filled with prisms using the surface grids. Each prism is divided into three tetrahedrons. To accomplish this division in a consistent manner, connectivity pattern is assigned to each triangle in the surface grids. A new algorithm is devised to assign the connectivity pattern without reference to the particular method of triangulation. This technique offers great flexibility in surface grid generation. The code has been validated by comparisons with available computational and experimental results for several test cases: invisicd flow around NACA section, laminar and turbulent flow over a flat plate, turbulent flow through double-circular arc cascade and laminar flow through a square duct with 90Â° bend. For the laminar flat plate case, the velocity profile and skin friction coefficient are in excellent agreement with Blasius solution. For the turbulent flat plate case, velocity profiles are in full agreement with the law of the wall up to Reynolds number of 1.0E8, however, the skin friction coefficient is under-predicted by about 10% in comparison with empirical formula. Blade loading for the two-dimensional circular arc cascade is also compared with experiments. The results obtained with the experimental inflow angle (51.5Â° ) show some discrepancies at the trailing edge and severely under-predict the suction peak at the leading edge. These discrepancies are completely remedied if the inflow angle is increased to 53.5Â° . The code is also capable of predicting the secondary flow in the square duct with 90Â° bend, and the velocity profiles are in good agreement with measurements and published Navier-Stokes computations. Finally the code is applied to a linear cascade that has GE rotor B section with tip clearance and a high stagger angle of 56.9Â° . The overall structure of the tip clearance flow is well predicted. Loss of loading due to tip leakage flow and reloading due to tip leakage vortex are presented. On the end wall, separation line of the tip leakage vortex and reattachment line of passage vortex are identified. The location of the tip leakage vortex in the passage agrees very well with oil flow visualization. Separation bubble on the blade tip is also predicted. Mean streamwise velocity contours and cross sectional velocity vectors are compared with experimental results in the near wake, and good agreements are observed. It is concluded that Spalart-Allmaras turbulence model is adequate for this type of flow field except at locations where the tip leakage vortex of one blade interacts with the wake of a following blade. This situation may prevail for blades with longer span and/or in the far wake. Prediction of such an interaction presents a challenge to RANS computations. The effects of blade span on the flow structure have been also investigated. Two cascades with blades of aspect ratios of 0.5 and 1.0 are considered. By comparing pressure distributions on the blade, it is shown that the aspect ratio has strong effects on loading distribution on the blade although the tip gap height is very small (0.016 chord). Grid convergence study has been carried out with three different grids for pressure distributions and limiting streamlines on the end wall.
Ph. D.

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Li, Zhiyong. "Data-Driven Adaptive Reynolds-Averaged Navier-Stokes k - ω Models for Turbulent Flow-Field Simulations". UKnowledge, 2017. http://uknowledge.uky.edu/me_etds/93.

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The data-driven adaptive algorithms are explored as a means of increasing the accuracy of Reynolds-averaged turbulence models. This dissertation presents two new data-driven adaptive computational models for simulating turbulent flow, where partial-but-incomplete measurement data is available. These models automatically adjust (i.e., adapts) the closure coefficients of the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) k-ω turbulence equations to improve agreement between the simulated flow and a set of prescribed measurement data. The first approach is the data-driven adaptive RANS k-ω (D-DARK) model. It is validated with three canonical flow geometries: pipe flow, the backward-facing step, and flow around an airfoil. For all 3 test cases, the D-DARK model improves agreement with experimental data in comparison to the results from a non-adaptive RANS k-ω model that uses standard values of the closure coefficients. The second approach is the Retrospective Cost Adaptation (RCA) k-ω model. The key enabling technology is that of retrospective cost adaptation, which was developed for real-time adaptive control technology, but is used in this work for data-driven model adaptation. The algorithm conducts an optimization, which seeks to minimize the surrogate performance, and by extension the real flow-field error. The advantage of the RCA approach over the D-DARK approach is that it is capable of adapting to unsteady measurements. The RCA-RANS k-ω model is verified with a statistically steady test case (pipe flow) as well as two unsteady test cases: vortex shedding from a surface-mounted cube and flow around a square cylinder. The RCA-RANS k-ω model effectively adapts to both averaged steady and unsteady measurement data.

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Lakshmipathy, Sunil. "PANS method of turbulence: simulation of high and low Reynolds number flows past a circular cylinder". Texas A&M University, 2004. http://hdl.handle.net/1969.1/3338.

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The objective of the study is to investigate the capability of PANS (Partially Averaged Navier-Stokes Simulation) model over a wide range of Reynolds numbers and flow physics. In this regard, numerical simulations of turbulent flow past a circular cylinder are performed at ReD 140,000 and ReD 3900 using the PANS model. The high Reynolds number PANS results are compared with experimental results from Cantwell and Coles, Large Eddy Simulation results from Breuer, and Detached Eddy Simulation results from Travin et al. Low Reynolds number PANS results are compared with experimental results from Ong and Wallace and Large Eddy Simulation results from Breuer. The effects of the various PANS parameters (fk, fε, σku, σεu) on the ability to capture turbulence physics at various Reynolds numbers are studied. It is confirmed, as previously predicted from theoretical considerations that: (i) for high Reynolds number flow fε = 1 and σku = σk Ã fk2 / fε are most appropriate; and (ii) for low Reynolds number flow fε = fk and σku = σk are most suitable. These choices for the parameters stem from the fact that there is no clear separation of scales between the energy scales and the dissipation scales at low Reynolds number unlike in the high Reynolds number where there is a clear separation of scales between the energy containing scales and the dissipation scales. Also, in both cases it is found that decreasing fk leads to improved accuracy in predicting the flow statistics.

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Riahi, Hamza. "Développement d’une méthode des frontières immergées pour l’analyse et le contrôle des écoulements compressibles". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0015/document.

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Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la simulation numérique et l'analyse des écoulements compressibles, notamment en géométrie complexe ou mobile. Dans ces situations, la mise en place d'un maillage représentant correctement lesolide sans perte de précision des méthodes de discrétisation s'avère difficile. Une alternative est de travailler en maillage cartésien quelque que soit la géométrie du domaine d'écoulement en introduisant une approche aux frontières immergées.Dans ce contexte, on propose une amélioration et extension d'une méthode formulée pour la simulation des écoulements incompressibles. Les deux principales caractéristiques du modèle proposé sont d'une part l'intégration d'un nouveau terme de forçage des vitesses qui prend en compte les effets de pression et d'autre part l'intégration d'un nouveau terme de correction de température dans le traitement de l'équation de l'énergie.Cette méthode a été intégrée dans deux solveurs compressibles du code OpenFOAM : SonicFOAM et RhoCentralFOAM. La validation a été effectuée en considérant différents cas de complexité croissante sur des corps 2Dfixes et mobiles, pour lesquels on a fait varier les nombres de Mach et de Reynolds. De plus, des cas mettant en jeu des transferts de chaleur pariétaux ont été étudiés. Les résultats ont été comparés à un grand nombre de données numériques et expérimentales issues de la littérature.Enfin, des études sur des configurations plus complexes tridimensionnelles ont été mises en place. Les bifurcations de régime d'écoulement de la sphère ont été investiguées quand le nombre de Mach augmente. Une sphère avec des parois non-adiabatiques a été également analysée. Une géométrie réaliste de drone a été simulée en régime compressible.Ces analyses mettent en évidence de nombreuses caractéristiques favorables de la méthode des frontières immergées en termes de précision, de flexibilité et de coût de calcul
This thesis is related to the numerical simulation and the analysis of compressible flows, especially in complex or mobile geometry. In these situations, the establishment of a mesh correctly representing the solid with out loss of precision of discretization methods is difficult. An alternative is to use Cartesian mesh independently of the geometry of the flow domain by introducing an immersed boundary approach. In this context, we propose an improvement and extension of a method formulated for the simulation of incompressible flows. The two main characteristics of the proposed model are on the one hand the integration of a new velocity forcing term which takes into account the effects of pressure and on the other hand the integration of a new term of temperature correction in the treatment of the energy equation. This method has been integrated in two compressible solvers of OpenFOAM code: SonicFOAM and RhoCentralFOAM. The validation was carried out by considering different cases of increasing complexity on fixed and mobile 2D bodies, for which the Mach and Reynolds numbers were varied. In addition, cases involving parietal heat transfer have been studied. The results were compared to a large number of numerical and experimental data from the literature. Finally, studies on more complex three-dimensional configurations have been done. The flow regime bifurcations of the sphere have been investigated as the Mach number increases. A sphere with non-adiabatic walls was also analyzed. A realistic drone geometry was simulated in a compressible regime.These analyzes highlight many favorable features of the immersed boundary method in terms of accuracy, flexibility and computational cost

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Srinivasa, Murthy P. "Low Reynolds Number Airfoil Aerodynamics". Thesis, Indian Institute of Science, 2000. https://etd.iisc.ac.in/handle/2005/229.

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In this thesis we describe the development of Reynolds- averaged Navier Stokes code for the flow past two- dimensional configuration. Particularly, emphasis has been laid on the study of low Reynolds number airfoil aerodynamics. The thesis consists of five chapters covering the back ground history, problem formulation, method of solution and discussion of the results and conclusion. Chapter I deals with a detailed background history of low Reynolds number aerodynamics, problem associated with it, state of the art, its importance in practical applications in aircraft industries. Chapter II describes the mathematical model of the flow physics and various levels of approximations. Also it gives an account of complexity of the equations at low Reynolds number regarding flow separation, transition and reattachment. Chapter III describes method of solution, numerical algorithm developed, description of various upwind schemes, grid system, finite volume discrieti-zation of the governing equations described in Chapter II. Chapter IV describes the application of the newly developed Navier Stokes code for the test cases from GAMM Workshop proceedings. Also it describes validation of the code for Euler solutions, Blasius solution for the flow past flat plate and compressible Navier Stokes solution for the flow past NACA 0012 Airfoil at low Reynolds number. Chapter V describes the application of the Navier Stokes code for the more test cases of current practical interest . In this chapter laminar separation bubble characteristics are investigated in detail regarding formation, growth and shedding in an unsteady environment. Finally the conclusion is drawn regarding the robustness of the newly developed code in predicting the airfoil aerodynamic characteristics at low Reynolds number both in steady and unsteady environment. Lastly, suggestion for future work has been highlighted.

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Srinivasa, Murthy P. "Low Reynolds Number Airfoil Aerodynamics". Thesis, Indian Institute of Science, 2000. http://hdl.handle.net/2005/229.

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In this thesis we describe the development of Reynolds- averaged Navier Stokes code for the flow past two- dimensional configuration. Particularly, emphasis has been laid on the study of low Reynolds number airfoil aerodynamics. The thesis consists of five chapters covering the back ground history, problem formulation, method of solution and discussion of the results and conclusion. Chapter I deals with a detailed background history of low Reynolds number aerodynamics, problem associated with it, state of the art, its importance in practical applications in aircraft industries. Chapter II describes the mathematical model of the flow physics and various levels of approximations. Also it gives an account of complexity of the equations at low Reynolds number regarding flow separation, transition and reattachment. Chapter III describes method of solution, numerical algorithm developed, description of various upwind schemes, grid system, finite volume discrieti-zation of the governing equations described in Chapter II. Chapter IV describes the application of the newly developed Navier Stokes code for the test cases from GAMM Workshop proceedings. Also it describes validation of the code for Euler solutions, Blasius solution for the flow past flat plate and compressible Navier Stokes solution for the flow past NACA 0012 Airfoil at low Reynolds number. Chapter V describes the application of the Navier Stokes code for the more test cases of current practical interest . In this chapter laminar separation bubble characteristics are investigated in detail regarding formation, growth and shedding in an unsteady environment. Finally the conclusion is drawn regarding the robustness of the newly developed code in predicting the airfoil aerodynamic characteristics at low Reynolds number both in steady and unsteady environment. Lastly, suggestion for future work has been highlighted.

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Taguelmimt, Noureddine. "Etude numérique de l'écoulement de couche de mélange temporelle à viscosité variable". Electronic Thesis or Diss., Rouen, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAM0020.

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Depuis les travaux pionniers de Brown et Roshko portant sur les effets des variations de masse volumique au sein de l’écoulement de couche de mélange, plusieurs autres études tant théoriques, expérimentales ou numériques se sont attelées à étudier finement cet écoulement. Les motivations sont d’ordre pratiques (industrie de la chimie, l’aérodynamique, la combustion . . .) ou alors purement théoriques (rôle des structures cohérentes, instabilités secondaires. . .). Ces études se sont intéressées, entre autres, aux effets de compressibilité et/ou de masse volumique variable. A notre connaissance, les effets des variations de viscosité dans la configuration de couche de mélange sont peu abordés dans la littérature. L’objectif de ces travaux de recherche est l’exploration théorique et numérique de l’écoulement de couche de mélange temporelle à viscosité variable, plus particulièrement durant sa phase initiale de développement. D’un point de vu numérique, les équations de Navier-Stokes sont résolues,en formulation faiblement compressible, au moyen du solveur CHOC-WAVES, basé sur le schéma WENO. L’approche DNS est justifiée par l’absence, dans la littérature, de modèles de sous-maille capables de prendre en compte les effets de la viscosité variable. Les équations de transport des différentes grandeurs moyennes et fluctuantes en un point et en chaque échelle (bilan d’énergie cinétique) sont réécrites en formulations incompressible et à viscosité variable. Des termes supplémentaires, engendrés par les variations spatio-temporelles de la viscosité, apparaissent dans ces équations. Celles-ci sont utilisées comme outil, afin d’explorer l’écoulement de couche de mélange et d’étudier le développement de la turbulence dans un milieu hétérogène. Les rapports de viscosité simulés sont Rv = [1−18]. Les résultats numériques montrent que l’épaisseur de la zone de mélange δθ évolue plus rapidement lorsque le rapport de viscosité Rv est élevé. De même, les gradients verticaux de la vitesse longitudinale sont amplifiés par les gradients de viscosité, un gain de près de 60%, par rapport aux valeurs initiales, est observé. La production de l’énergie cinétique turbulente est également amplifiée.L’évolution temporelle des fluctuations des vitesse est accélérée, celles-ci sont augmentées de près de 120% par rapport à l’écoulement à viscosité constante. Le régime autosimilaire du tenseur de Reynolds est atteint plus rapidement par l’écoulement à viscosité variable et l’isotropie des fluctuations de vitesse est améliorée
Since the pioneering work of Brown and Roshko on the effects of density variations within the mixed layer flow, several other theoretical, experimental and numerical studies harnessed to finely investigate this flow. The motivations are of practical order (chemical industry, aerodynamics, combustion. . .) or purely theoretical (the role of coherent structures,secondary instabilities). These studies have focused on, among others, the effects of compressibility and/or variable density. To our knowledge, the effects of viscosity variations in the mixing layer configuration are not discussed in the literature. The objective of this researchis the theoretical and numerical exploration of the variable viscosity temporal mixedlayer flow, especially during its initial phase of development. From a numerical viewpoint, the Navier-Stokes equations are solved in weakly compressible formulation, using the solver CHOC-WAVES, based on WENO scheme. The DNS approach is justified by the absence in the literature of subgrid models that account for the effects of variable viscosity. The transport equations of different mean and fluctuating quantities at a point and each scale (scale-by-scale energy budget) are rewritten in incompressible and variable-viscosity formulation. Additional terms, generated by the spatial and temporal variations of viscosity occur in these equations. These are used as a tool to explore the mixed layer flow and study the development of turbulence in a heterogeneous environment. The simulated viscosity ratios are Rv = [1 − 18]. The numerical results show that the mixing layer thickness δθ growsfaster when the viscosity ratio Rv is high. The vertical gradients of the longitudinal mean velocity are amplified by the viscosity gradients, a gain of almost 60 %, compared to initial values was observed. The production of turbulent kinetic energy is also amplified. The temporal evolution of the velocity fluctuations is accelerated, they are increased to nearly 120 % with respect to the constant viscosity flow. The self-similar regime of the Reynolds tensor is reached more quickly by the variable viscosity flow and the isotropy of the velocity fluctuations is improved

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Somero, John Ryan. "Computational Simulations of a Non-body of Revolution Ellipsoidal Model Utilizing RANS". Thesis, Virginia Tech, 2010. http://hdl.handle.net/10919/36135.

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Resumen

The ability of Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) models to predict the characteristics of a non-Body of Revolution (non-BOR) Ellipsoidal model is studied to establish the feasibility of utilizing RANS as a non-BOR concept design tool. Data unable to be obtained experimentally, such as streamwise and spanwise pressure gradients and yaw turn boundary layer characteristics, are also established. A range of conditions are studied including ahead, pitched up, steady 10 and 15 degree yaw turns, and unsteady 10 and 15 degree yaw turns. Simulation results show good agreement for ahead and pitched forces and moments. Straight ahead skin friction values also showed good agreement, providing even improved agreement over an LES model which utilized wall functions. Yaw turn conditions also showed good agreement for roll angles up to 10 degrees. Steady maneuvering forces and moments showed good agreement up to 10 degrees roll and separation calculations also showed good agreement up to 10 degrees roll. Unsteady maneuvering characteristics showed mixed results, with the normal force and pitching moment trends generally agreeing with experimental data, whereas the unsteady rolling moment did not tend to follow experimental trends. Two primary conditions, the change in curvature between the mid-body and elliptical ends and the accuracy of modeling of 3D flows with RANS, are discussed as sources of discrepancies between the experimental data and steady simulations greater than 10 degrees roll and unsteady rolling simulations.
Master of Science

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Tesis sobre el tema "Équations de Reynolds-Averaged Navier Stokes"

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