Tesi: "Dynamique des fluides – Simulation, Méthodes de"

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Gevrin, Frédéric. "Modélisation dynamique de la fluidisation solide-liquide". Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT002G.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'application d'un modèle diphasique eulérien à la fluidisation solide-liquide. L'approche utilisée pour décrire le mouvement de la phase solide est issue de la théorie cinétique des milieux granulaires, en y incluant les effets du fluide interstitiel à différentes échelles (mouvement moyen et fluctuant). Le calcul est 2D et instationnaire. Le modèle est d'abord évalué en comparant l'évolution de la pression granulaire en fonction de la fraction solide aux données expérimentales de Zenit et al. , dans une gamme étendue de concentration et pour trois types de billes (nylon, verre et acier)fluidisées dans de l'eau et présentant des nombres de Stokes particulaires contrastés. Cette comparaison a permis de valider globalement l'approche proposée, en notant toutefois que l'écart observé entre valeurs calculées et mesurées décroît lorsque le nombre de Stokes augmente. Les mécanismes de production/dissipation des fluctuations de la phase solide sont ensuite analysés en évaluant le poids respectif des termes source/puits et par une étude de sensibilité du modèle aux différents paramètres et lois de fermeture. Cette étude met en évidence les effets dominants du terme de dissipation par la force de traînée et du terme de production par le cisaillement moyen, dans la plupart des cas étudiés.

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Ettaouil, Abdeslem. "Etude numérique du champ aérodynamique d'une hélice aérienne isolée ou en interaction avec une voilure : validation par comparaison de l'expérience". Aix-Marseille 2, 1987. http://www.theses.fr/1987AIX22093.

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Abstract (sommario):

Pour l'helice isolee, le modele numerique est base sur une representation de la pale par une ligne portante rectiligne et effectue une mise en equilibre complete du sillage. Pour la configuration helice/voilure, le modele traite le probleme de l'influence du souffle de l'helice sur le comportement aerodynamique de la voilure; il est base sur la representation de l'aile pour une surface portante, epaisse et d'envergure finie avec detachement tourbillonnaire

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Mate, Annie. "Intéractions goutte-paroi dans un contacteur liquide-liquide". Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT008G.

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Abstract (sommario):

Le travail de cette these s'inscrit dans le cadre de la modelisation des contacteurs liquide-liquide munis d'internes. Les interactions goutte-fluide et goutte-paroi telles que le rebond et l'adhesion des gouttes sur la surface des parois internes sont etudiees dans le cas d'une colonne pulsee a disques et couronnes. Le travail de ce memoire comporte trois parties : - dans la premiere partie, la trajectoire d'une goutte unique soumise a un ecoulement pulse dans la colonne est etudiee. Dans ce but, une technique de traitement d'images permettant de reconstruire la trajectoire 3d d'une goutte unique, a ete mise au point. L'analyse des trajectoires pour divers regimes d'ecoulement a permis d'eclairer le fonctionnement du contacteur, en fonction du diametre des gouttes et du nombre de reynolds de l'ecoulement. La simulation de ces trajectoires a ete effectuee a l'aide d'un code de calcul lagrangien. Les ecarts observes sont interpretes au travers des interactions goutte-paroi et goutte-fluide porteur. - la deuxieme partie est consacree a l'etude du rebond d'une goutte en mouvement ascendant contre une paroi solide horizontale. Les trajectoires d'une goutte impactant contre une surface plane dans un fluide au repos sont enregistrees et analysees pour differents systemes, en etudiant l'influence du nombre capillaire et du nombre de reynolds particulaire. L'analyse de ces trajectoires souleve le probleme de la notion meme de coefficient de restitution telle qu'elle est utilisee dans le code de calcul lagrangien. Un modele de rebond a ensuite ete teste avec succes. L'originalite de ce modele repose sur l'introduction, dans l'equation de trajectoire de la goutte, de la force capillaire exercee sur la goutte deformee au voisinage de la paroi. - enfin, l'etude de la force critique de detachement d'une goutte adherant sur une paroi et soumise a un ecoulement pulse est abordee. La frequence critique est enregistree pour differents diametres et deux tensions interfaciales. Le role des forces hydrodynamiques s'exercant sur la goutte est clairement explicite en fonction des conditions de pulsation et de la position radiale de la goutte. Dans le cas ou la force de trainee est dominante, on montre qu'au moment du detachement, la force hydrodynamique calculee est egale a la force d'adhesion.

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Sicot, Frédéric. "Simulation efficace des écoulements instationaires périodiques en turbomachines". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2009. http://www.theses.fr/2009ECDL0019.

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Abstract (sommario):

De nombreuses applications industrielles impliquent des écoulements périodiques en temps. La détermination d’une frontière de flottement d’une aile ou les écoulements rencontrés dans les compresseurs de moteurs d’avions constituent quelques exemples. Les méthodes instationnaires classiques de simulation ne sont pas assez efficaces puisque l’état périodique n’est atteint qu’après un long transitoire. De nouvelles méthodes dédiées à ce type d’écoulements ont été étudiées récemment. Ces méthodes, dites d’équilibrage harmonique, permettent de simuler un écoulement périodique en temps à l’aide de plusieurs calculs stationnaires couplés. L’efficacité de ces méthodes permet d’obtenir un degré de précision suffisant pour l’ingénieur beaucoup plus rapidement que les méthodes classiques. Cette thèse se propose de mettre en oeuvre l’une de ces méthodes, la Time Spectral Method (TSM), dans le solveur elsA de l’Onera. Elle est étendue à une formulation prenant en compte les déformations de maillage pour des applications en aéroélasticité et des algorithmes implicites sont également développés afin d’améliorer la robustesse. La TSM est d’abord validée avec succès sur des applications d’aérodynamique externe. L’extension aux turbomachines nécessite des interpolations temporelles et spatiales complexes pour réduire le domaine de calcul à un seul canal par roue quelque soit la géométrie. Des applications d’interactions rotor/stator et d’aéroélasticité sont présentées
Many industrial applications involve flows periodic in time. Flutter prediction or turbomachinery flows are some examples. Such flows are not simulated with enough efficiency when using classical unsteady techniques as a transient regime must be by-passed. New techniques, dedicated to time-periodic flows and based on Fourier analysis, have been developed recently. These methods, called harmonic balance, cast a time-periodic flow computation in several coupled steady computations, corresponding to a uniform sampling of the period. Their efficiency allow to get a precision good enough for engineering but much faster than classical nonlinear timemarching algorithms. The present study aims at imlementing one of these, the Time Spectral Method, in the ONERA solveur elsA. It is extended to an arbitrary lagrangian/eulerian formulation to take into mesh deformation for aeroelasticity applications. New implicit algorithms are developped to improve robustness. The TSM is successfully validated on external aerodynamic applications. Turbomachinery flows necessitate complex space and time interpolations ro reduce the computational domain to a single blade passage per row regardless of its geometry. Some applications in rotor/stator interactions and aeroelasticity are presented

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Louste, Christophe. "Conception d'une méthode de planification de déplacement pour robot mobile selon la méthode des milieux continus appliquée aux fluides visqueux incompressibles". Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20196.

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Abstract (sommario):

Le travail presente dans cette these vise a ameliorer la planification de chemins pour robots mobiles evoluant sur terrains accidentes. Nous avons developpe une methode de planification originale basee sur les proprietes d'ecoulement des fluides visqueux qui construit des routes garantissant la securite du robot. Dans ce memoire de these, nous montrons que les fluides visqueux incompressibles s'ecoulent, de maniere naturelle, sous formes de canaux (routes) qui contournent les obstacles, evitent les impasses et circulent par toutes les issues possibles. Nous traitons le probleme de la construction de routes : entre deux points de l'espace (depart, arrivee), mais egalement dans le cas de missions a objectifs multiples, sur des espaces plan. Nous utilisons les forces de frottements exterieures pour optimiser la construction des routes en fonction des criteres de mission (recherche de la route la plus courte, minimiser la depense d'energie d'un vehicule,) mais egalement pour construire des routes a partir terrains reels en tenant compte de la denivellation et de la nature du sol. Nous comparons les resultats obtenus avec les chemins calcules par un algorithmes genetiques. Enfin, pour respecter les contraintes cinematiques des vehicules, nous minorons le rayon de courbure des routes construites grace a une variation locale de la viscosite. Nous tenons compte de la contrainte exercee par le milieu au moyen l'exemple d'une particule navigant dans le courant. Les resultats obtenus sont illustres par des simulations de planification.

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Duguet, Yohann. "Simulation numérique de l'instabilité dans un cylindre de gaz tournant soumis à une compression périodique". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2004. http://www.theses.fr/2004ECDL0021.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse porte sur la simulation numérique directe d'une nouvelle instabilité hydrodynamique dans les écoulements de gaz tournants confinés. Il confirme les résultats analytiques proposés par J. F. Scott et J. P. Racz (2001) et sur le travail expérimental de L. Graftieaux (2003). Le mécanisme de résonance paramétrique proposé prédit la croissance conditionnelle de certaines de modes inertiels couplés aux oscillations harmoniques d'un piston. La méthode numérique est basée sur l'hypothèse d'axisymétrie de l'écoulement et s'appuie sur une méthode spectrale de type Galerkin. Le caractère singulier des conditions aux limites de la vitesse dans les coins du cylindre impose un traitement spécial et nécessite la réécriture complète d'un code de calcul. Ce traitement repose sur la soustraction d'un champ singulier déterminé de façon analytique. Un diagramme de stabilité marginale associé à un mode donné, ainsi qu'une exploration du régime non-linéaire, ont été effectués
This work concerns the direct numerical simulation of a new instability phenomenon occuring in confined rotating gas flows. It confirms the analytical results of J. F. Scott and J. P. Racz (2001) and the experimental work of L. Graftieaux (2003). A parametric resonance mechanism leads to conditional growth of inertial mode pair coupled by harmonic oscillations of a piston. A numerical code was developed under the assumption of axisymmetry of the flow, based on a galerkin-type spectral method. Special treatment of the velocity singularities in the cylinder corners is based on the substraction of an analytical lly specified flow the mimics the corner singularities. The results allow complete characterization of inertial mode pairs coupled by resonance, with particular attention focused on the primary axisymmetric mode studied experimentally. A marginal stability diagram and an exploration of the nonlinear regime were performed

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Wernert, Philippe. "Méthodes de visualisation et de PIV appliquées à l'étude du décrochage dynamique profond et comparaison avec des résultats de simulation numérique". Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22110.

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Abstract (sommario):

Le champ de vitesses autour d'un profil naca 0012 en mouvement de tangage dans des conditions de decrochage dynamique profond a ete mesure, en ecoulement incompressible, a l'aide d'un systeme de piv (particle image velocimetry) photographique. Ces champs de vitesses 2d obtenus ont mis en evidence la structure interne complexe du tourbillon de decrochage dynamique et celle, non moins complexe, de l'ecoulement decolle dans la phase d'incidences decroissantes. La comparaison, a meme incidence, de champs de vitesses pris dans des cycles successifs d'oscillation, a montre le caractere non-reproductible du phenomene. A partir de ces champs de vitesses, une analyse quantitative des champs de vecteur-tourbillon, divergence 2d et taux de deformation a permis de preciser la structure de l'ecoulement. Ces resultats ont mis en evidence la necessite de determiner des champs de vitesses moyen et fluctuant en piv. Quelques idees concernant une telle decomposition champ moyen - champ fluctuant ont ete donnees a partir de resultats obtenus par anemometrie laser doppler (lda) sur un profil oscillant. Enfin, ces champs de vitesses ont ete compares a des images de visualisation par plan laser realisees dans les memes conditions. La comparaison avec des resultats de simulations numeriques issus de la litterature a permis de montrer que les principales phases du phenomene de decrochage dynamique etaient correctement predites, mais que des differences assez nettes entre calculs et mesures apparaissent au niveau des incidences instantanees du profil et de la complexite du processus de decrochage dynamique. Pour ameliorer les resultats numeriques, il semble necessaire de modeliser la geometrie de la soufflerie, d'integrer des modeles de transition laminaire-turbulent (phenomene important d'apres nos mesures de pression parietales en ecoulement stationnaire correspondant) et d'ameliorer le modele de turbulence utilise.

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Laucoin, Eli. "Développement du parallélisme des méthodes numériques adaptatives pour un code industriel de simulation en mécanique des fluides". Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10174.

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Abstract (sommario):

Les méthodes numériques adaptatives constituent un outil de choix pour assurer la pertinence et l'efficacité de la résolution numérique d'équations aux dérivées partielles. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception, l'implémentation, et la validation d'une telle méthode au sein d'une plate-forme industrielle de simulation en thermo-hydraulique. Du point de vue géométrique, la méthode proposée permet de prendre en compte tant le raffinement du maillage que son déraffinement, tout en garantissant la qualité des éléments qui le compose. Du point de vue numérique, nous utilisons le formalisme des éléments joints pour étendre la méthode des Volumes-Éléments Finis proposée par la plate-forme Trio-U et traiter convenablement les maillages non conformes générés par la procédure d'adaptation. Enfin, l'implémentation proposée repose sur les concepts des méthodes de décomposition de domaine, afin d'en garantir le bon comportement dan un contexte d'exécution parallèle
Numerical resolution of partial differential equations can be made reliable and efficient through the use of adaptive numerical methods. We present here the work we have done for the design, the implementation and the validation of such a method within an industrial software platform with applications in thermal-hydraulics. From the geometric point of view, this method can deal both with mesh refinement and mesh coarsening, while ensuring the quality of the mesh cells. Numerically, we use the mortar elements formalism in order to extend the Finite Volumes-Elements method implemented in the Trio-U platform and to deal with the non-conforming meshes arising from the adaptation procedure. Finally, we present an implementation of this method using concepts from domain decomposition methods for ensuring its efficiency while running in a parallel execution context

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Laucoin, Eli. "Développement du parallélisme des méthodes numériques adaptatives pour un code industriel de simulation en mécanique des fluides". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00385418.

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Abstract (sommario):

Les méthodes numériques adaptatives constituent un outil de choix pour assurer la pertinence et l'efficacité de la résolution numérique d'équations aux dérivées partielles. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception, l'implémentation, et la validation d'une telle méthode au sein d'une plate-forme industrielle de simulation en thermohydraulique. Du point de vue géométrique, la méthode proposée permet de prendre en compte tant le raffinement du maillage que son déraffinement, tout en garantissant la qualité des éléments qui le compose. Du point de vue numérique, nous utilisons le formalisme des éléments joints pour étendre la méthode des Volumes-Éléments Finis proposée par la plate-forme Trio-U et traiter convenablement les maillages non-conformes générés par la procédure d'adaptation. Enfin, l'implémentation proposée repose sur les concepts des méthodes de décomposition de domaine, afin d'en garantir le bon comportement dans un contexte d'exécution parallèle.

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Paliard, Chloé. "Dimension reduction for fluid simulation and animation". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAT023.

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Abstract (sommario):

Malgré les améliorations considérables des performances du matériel graphique ainsi que les avancées algorithmiques majeures depuis le début des années 2000, certains phénomènes naturels restent extrêmement coûteux à simuler. Par exemple, plusieurs pistes ont été proposées pour améliorer les performances des simulations de fluides, qui sont animées par la résolution d'équations différentielles partielles (EDP), plus particulièrement les équations hautement non linéaires de Navier-Stokes. Dans cette thèse, nous explorons d'abord l'utilisation de l'apprentissage profond pour créer un espace réduit dans lequel un solveur peut opérer à moindre coût, tout en produisant des solutions de haute qualité. Nous proposons un modèle qui permet la simulation d'écoulements turbulents à une résolution quatre fois supérieure à celle de l'entrée dans chaque dimension, avec des performances d'exécution améliorées par rapport à un solveur haute résolution. Ensuite, nous utilisons les contributions sur les opérateurs intrinsèques pour simuler des fluides sur des surfaces 3D avec des coûts réduits. Nous nous concentrons sur le modèle smoothed-particle hydrodynamics (SPH) que nous adaptons aux surfaces 3D, en rassemblant les voisinages des particules grâce aux géodésiques de plus court chemin, et en déplaçant ces particules de manière intrinsèque sur la surface. Tout ceci est simple à mettre en œuvre sur le GPU, ce qui permet la simulation de dizaines de milliers de particules sur différents maillages triangulaires à une vitesse interactive
Despite tremendous improvements in graphics hardware performance aswell as key algorithmic advancements since the beginning of the years 2000, some natural phenomena remain extremely costly to simulate. For instance, several tracks have been proposed to improve the performance of fluid simulations, that are animated by solving partial differential equations (PDE), more specifically the highlynon-linear Navier-Stokes equations. In this thesis, we first explore the use of deep learning to create a reduced space in which a solver can operate with lower costs, while still out putting high-quality solutions. We propose a model that enables the simulation of turbulent flows at a resolution four times higher than that of the given input in each dimension, with improved runtime performance compared to a high-resolution solver. Secondly, we use the contributions on intrinsic operators for simulating fluids on 3D surfaces with reduced costs. We focus on the smoothed-particle hydrodynamics (SPH) model that we adapt to 3D surfaces, by gathering the particles' neighborhoods thanks to shortest-path geodesics, and by displacing such particles in an intrinsic manner on the surface. All of this is straightforward to implement on the GPU, enablingthe simulation of tens of thousands of particles on various triangle meshes at interactive speed

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El, Soueidy Charbel-Pierre. "Éléments finis discontinus multi-domaines en temps pour la modélisation du transport en milieu poreux saturé". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2008. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2008/EL_SOUEIDY_Charbel-Pierre_2008.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce travail s’intéresse à la modélisation du transport de polluants en milieu poreux. L’équation hyperbolique caractérisant le transport convectif est résolue à l’aide de la méthode des éléments finis discontinus de Galerkin. La discrétisation spatiale est étudiée dans un premier temps et deux espaces d’approximation sont comparés pour des maillages déstructurés en 2-D. La discrétisation temporelle est abordée dans un second temps et deux alternatives au schéma explicite classique sont présentées afin de s’affranchir de la condition CFL : le schéma semi-implicite et le schéma explicite multi-domaines où différents pas de temps peuvent être utilisés localement. La dernière partie de ce travail porte sur la simulation des problèmes de transfert avec prise en compte du contraste de densité. L’équation de transport est alors couplée à celle de l’hydrodynamique. La discrétisation temporelle multi-domaines est implémentée en 3-D et s’avère redoutablement efficace dans ce genre de situations
This work treats the modeling of mass transport in porous media. The advective part of the transport equation is solved using the discontinuous Galerkin (DG) finite element method. In the first part, the discretization of the spatial operator is considered and two approximation spaces are studied and compared for unstructured meshes in 2-D. The temporal discretization is tackled in the second part of this study. Two alternatives to the traditional explicit scheme are presented : a class of semi-implicit schemes and an explicit local time-stepping procedure which allows spatially varying time steps. Finally, the last part of this work consists of using the developed numerical tools to simulate density coupled flow and transport in porous media. The local time procedure is implemented in a 3-D numerical code and numerical experiments show that the model gives accurate results being highly efficient for this kind of problems

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Guilcher, Pierre-Michel. "Contribution au développement d'une méthode SPH pour la simulation numérique des interactions houle-structure". Nantes, 2008. http://www.theses.fr/2008NANT2065.

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Abstract (sommario):

Recent development in numerical methods together with the increase of computational power available have allowed the simulations of more and more complex flows. However interfacial flows remain a difficult task, especially when breaking, interface fragmentation or reconnection occurs. Smoothed Particle Hydrodynamics, being meshless and Lagrangian, allows to solve simply and elegantly such problems. A SPH based numerical method has been precedently developped in the Fluid Mechanics Laboratory, but its application to wave propagation problem shows weaknesses compared to other numerical methods. In this PhD the initial solver has been improved in order to solve correctly the wave propagation problem. A particular care was taken concerning the theoretical aspects of the method. In particular the introduction of an exact Riemann solver has noticeably increased the numerical stability. This tool allows to adjust automatically the stabilisation required. The use of renormalization together with a weak formulation of the problem help to solve the characteristic lack of consistancy of the SPH method. Extension to free surface flows has been proposed. The use of smoothing length tensor in place of the classical unidimensional smoothing length allows simulations with spatially variable mesh size. Comparaison of obtained results with both experimental results and theoretical results in a variety of test cases such as dam breaking, Riemann problem, deformation of a patch of fluid, wave propagation, shows good agreement, confirming the contribution of the new improvments. Moreover, a new hybrid scheme is presented for specific problems with wave propagation. This new hybrid method relies on the combination of spectral methods and the SPH solver. The wave propagation problem is first solved accuratly with a spectral method. Then the incident wave train is introduced in a consistant way into the SPH solver. First results seem to be encouraging, showing a significantly decrease in cpu time. Thanks to code organization, three dimensional viscous simulations are possible with minimum adaptation.

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Vial, Christophe. "Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_VIAL_C.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique d'une colonne à bulles et d'un réacteur à gazosiphon à recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la métrologie nécessaire à la mesure de paramètres hydrodynamiques globaux et locaux dans les écoulements à bulles. Dans cette partie, des méthodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont été développées pour l'identification du régime d'écoulement, et trois techniques de mesures ont été adaptées aux écoulements à bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une méthode électrochimique et la vélocimétrie laser Doppler. Ces méthodes ont complété les techniques déjà disponibles pour étudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler à réflexion d'ultrasons. Cet ensemble de méthodes de mesure nous a ensuite permis de caractériser l'hydrodynamique des deux réacteurs. Les transitions de régime ont été déterminées. Les paramètres mesurés, aussi bien à l'échelle locale qu'à l'échelle du réacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait être mesurée, a été estimée à partir d'un modèle simple. Finalement, l'évolution de tous ces paramètres a été analysée en fonction du débit de gaz, de son mode de distribution et du régime d'écoulement. Enfin, l'ensemble des données expérimentales obtenues aux échelles locales et globales sur les deux réacteurs a été comparé aux résultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Différentes formulations de la traînée, des forces additionnelles et de la turbulence ont été utilisées pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et expériences. La capacité de ce code commercial à prédire correctement l'écoulement ainsi que ses limitations actuelles ont été étudiées
This work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of the hydrodynamics of a bubble column and an external loop airlift reactor. It includes three parts. First, measuring techniques have been developed to study the local and global hydrodynamic parameters of the bubbly flow. In this section, several treatments of the fluctuating wall pressure signal have been developed to identify the prevailing flow regime; three measuring techniques have been adapted to bubbly flows in order to measure the local velocity of the continuous phase: the "Pavlov" tube, an electrochemical method and Laser Doppler Velocimetry. These techniques have completed the methods already available to study the dynamics of the gas phase: local optical probes and an ultrasound Doppler technique. Then, this set of measuring techniques has been used to characterise the hydrodynamics in both reactors. Regime transitions have been deterrnined. The local and global parameters which have been measured are: the gas hold-up; the velocity, the size and the morphology of the bubbles; the liquid velocity and its local fluctuations. The Reynolds shear stress, which could not be measured, has been estimated using a simple model. The evolution of these parameters has been related to the gas flow rate, the gas distribution and the hydrodynamic regime. The whole experimental data are finally compared to the predicted values obtained using a commercial CFD code. Several models of drag, additional forces and turbulence have been used to obtain the best agreement between calculations and experiments. The ability of this commercial code to predict correctly the flow and its current limits have been highlighted

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Roux, Yann. "Étude de l'amortissement visqueux dans les problèmes de tenue à la mer d'un flotteur immergé". Le Havre, 1999. http://www.theses.fr/2002LEHA0005.

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Abstract (sommario):

Nous developpons dans cette these une methode multi-domaine pour resoudre les equations de navier stokes bidimensionnelles incompressibles autour d'un cylindre circulaire anime d'un mouvement de rotation et de translation. Proche de l'obstacle nous adoptons une description eulerienne de l'ecoulement pour capter precisement la production de tourbillon a la paroi. La methode particulaire prend le relai quand les effets convectifs dominent l'ecoulement. Une technique efficace est mise en uvre pour traiter l'interface entre les deux domaines. La premiere partie de cette these est consacree a la presentation theorique des equations continues, a la methode numerique de resolution et a la validation de ces methodes de calculs. Nous presentons egalement les methodes d'optimisations de reduction des temps de calcul. La deuxieme partie est consacree a l'application de ces methodes de calculs a deux etudes distinctes : - etude de l'amortissement en eau calme : on etudie le mouvement et l'evolution des structures tourbillonnaires d'un cylindre anime d'un mouvement pendulaire dans un fluide au repos. - excitation hydrodynamique d'un pendule : le travail porte sur l'etude du mouvement et l'evolution des structures tourbillonnaires dans le sillage d'un cylindre adoptant un mouvement pendulaire dans un ecoulement uniforme. La derniere partie de cette these est consacree a la modelisation de la turbulence par une methode multi-domaine.

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Denel, Bertrand. "Simulation numérique et couplage de modèles thermomécaniques puits-milieux poreux". Pau, 2004. http://www.theses.fr/2004PAUU3021.

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Abstract (sommario):

Afin d'interpréter les variations de température que l'on sait désormais mesurer de manière permanente dans les puits de pétrole, et ainsi de mieux caractériser les réservoirs, on développe une approche directe qui modélise finement le comportement dynamique et thermique des fluides en écoulement, tant dans le puits que dans le réservoir. On propose pour cela de coupler un modèle réservoir, notamment caractérisé par une équation de conservation de l'énergie non standard incluant les effets de dissipation visqueuse et de compressibilité, avec un nouveau modèle de puits pseudo 1D. L'originalité de ce dernier modèle consiste à dériver une approximation conforme d'un modèle 2D et ainsi à prendre en compte la direction privilégiée de l'écoulement et la géométrie particulière du puits, en explicitant la dépendance des inconnues dans la direction radiale. Pour chacun des modèles, la discrétisation des flux met en œuvre les éléments finis conservatifs de Raviart-Thomas, ce qui nous assure des conditions de raccord naturelles à l'interface. Une analyse des formulations mixtes alors obtenues montre que les problèmes semi-discrétisés sont bien posés, puis des résultats numériques sont présentés sur des cas d'étude réels. Enfin, une approche globale du couplage de nos deux modèles est exposée
In order to interpret recorded temperatures in petroleum wellbores, and thus to better characterize reservoirs, we develop a direct model, coupling the wellbore and the reservoir at both dynamic and thermal levels. To reach this goal, we couple a reservoir model, notably including viscous dissipation and compressibility effect, with a new pseudo 1D model. The original aspect of the latter model is to derive a conform approximation from a 2D model and by this way, to take into account the privileged direction of the flow, as well as the particular geometry of the wellbore, by explicitly writing the dependency of the unknowns in the radial direction. For each model, the fluxes are approximated by conservative Raviart-Thomas elements, ensuring natural transmission conditions at the interface. An analysis of the resulting mixed formulations is carried out and the well-posedness of the semi-discretized problems is established. Then, numerical results including real study cases are presented. Finally, a global coupling approach of the two models is exposed

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Bousquet, Nathalie. "Prise en compte de l'intermittence de frontière dans la modélisation des écoulements cisaillés turbulents". Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT040H.

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Abstract (sommario):

Le modèle (k, e, γ) de Cho & Chung qui prend en compte le phénomène d'intermittence de frontière a été choisi comme étant celui qui allie le mieux efficacité et simplicité. En effet, il n'inclut pas de moyenne conditionnées mais une équation de transport pour le facteur d'intermittence dont les effets sont explicitement incorporés dans le modèle (k, e). Les résultats que nous avons obtenus avec les modèle (k,e, γ) dans le cas du sillage avec et sans gradient de pression sont très convaincants avec un raccord avec l'écoulement libre qui s'effectue de manière progressive en parfait accord avec l'expérience. Nous avons pu montrer de surcroît que le modèle admet une solution faible à l'interface, ce qui garantit un bon comportement vis-à-vis des conditions aux limites de champ libre. Une formulation à faible nombre de Reynolds de turbulence du modèle (k, e, γ) a été ensuite proposée pour l'étendre aux écoulements de paroi. Mais la nécessité de le recaler dans cette configuration a montré que la bonne généralité du modèle originel de Cho & Chung est perdue. De plus, malgré les modifications apportées, le modèle est sujet aux mêmes défaillances en situation décélérée que le modèle (k, e)(surestimation du coefficient de frottement et chute de la zone logarithmique). Nous avons alors proposé le modèle (k, ew, γ) en rajoutant dans l'équation de la dissipation un terme supplémentaire inspiré du modèle (k, w) de Wilcox. Malgré une légère sous-estimation de la composante sillage relevée dans le calcul des écoulements de paroi décélérés hors équilibre, le nouveau modèle (k,ew, γ) simule parfaitement les écoulements décélérés en équilibre sans les défaillances observées avec le modèle (k, e).

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Callot, Stanislas. "Analyse des mécanismes macroscopiques produits par les interactions rotor/stator dans les turbomachines". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/scallot.pdf.

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Abstract (sommario):

L'écoulement instationnaire produit par le défilement des roues mobiles face aux roues fixes dans les turbomachines se caractérise par des échelles de temps et d'espace très variées. Numériquement, la prise en compte de ces effets nécessite de nouvelles modélisations. Ce travail a pour objectif une meilleure compréhension des mécanismes instationnaires dans les machines multiétagées. Pour s'affranchir de toute hypothèse restrictive sur les périodicités spatiales, les simulations numériques sont effectuées sur la circonférence complète de chaque roue. Pour l'étage isolé, on démontre que l'écoulement présente une périodicité spatio-temporelle qui est décrite par la décomposition en double série de Fourier de Tyler & Sofrin. Les modes spatiaux permettent de préciser l'interaction entre les grilles et un parallèle est fait avec la décomposition d'Adamczyk. La simulation numérique complète d'un étage et demi propose une extension de l'analyse des interactions en configuration multiétagées
Unsteady phenomena produced by the relative motion between fixed and moving rows in turbomachinery is caracterized by different scales in space and time. From the numerical point of view, taking into account those effets requires new models. The purpose of this work is a better understanding of the unstaeday mechanisms in a multistage turbomachinery. In ordre to cast of any restricting hypothesis over the spatial periodicities, numerical simulations are operated over the whole circumference of each row. In the single stage case, it is shown that the unsteady flow presents a phase-lagged periodic condition which may be described by the double Fourier decomposition proposed by Tyler & Sofrin. The spatial modes precise the interaction between rows and a comparison is made with the Adamczyk's decomposition. The numerical simulation of a one and a half stage brings an extension of the analysis of the interactions in a multistage machine

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Abide, Stéphane. "Une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique directe : contribution à l'étude de jets plans en impact". Nantes, 2005. http://www.theses.fr/2005NANT2081.

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Abstract (sommario):

La simulation numérique directe des écoulements turbulents est un outil fondamental en mécanique des fluides car elle permet de connaître précisément les propriétés cinématiques de l'écoulement en tout point et à chaque instant. Cependant, en raison de la discrétisation spatiale d'ordre élevé nécessaire à la résolution de la cascade énergétique, cette approche est souvent limitée à des géométries simples. Ce travail propose une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique d'écoulements turbulents. Elle repose sur une résolution directe multidomaine en formulation vitesse/pression des équations de Navier-Stokes. La méthode proposée résout efficacement (calcul parallèle) les équations de Navier-Stokes incompressibles sur des géométries complexes, telles que des quadrangles inter-connectés, tout en conservant les propriétés de haute précision. De nombreux tests de validation sont proposés: précisions spatiale et temporelle, cavité entraînée, marche descendante et écoulement autour d'un barreau de section carrée. Une simulation numérique directe d'un écoulement turbulent dans une conduite de section carrée est également réalisée. Enfin, une part importante de ce travail concerne l'étude d'un jet plan impactant sur une surface plane et sur un obstacle parallélépipédique pour le nombre de Reynolds Re=3000. Une analyse détaillée des propriétés statistique, spectrale et structurelle est menée, afin d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques complexes de ces écoulements. Enfin, une étude du front de propagation de la température lors d'un refroidissement rapide d'une lamelle solide par un jet plan laminaire est présentée
Direct Numerical Simulation is a powerful tool in Fluid Mechanics since it allows to describe accurately both in space and time the kinematic and dynamic features of a flow. However, due to the desirable high order discretization, this approach is often restricted to simple geometries. This work proposes a domain decomposition method dedicated to the numerical simulations of turbulent flows which is based on a direct multi-domain solution of the Navier-Stokes equations formulated in primitive variables. The method solves efficiently (parallelization) the incompressible Navier-Stokes equations on " complex " geometries, like inter-connected quadrilaterals, while preserving high order accuracy. Numerous validation test cases are proposed including space/time accuracy, the lid driven cavity, the backward facing step and the flow around a square cylinder. A Direct Numerical Simulation of a square pipe flow is also performed. For fast cooling applications, a preliminary study of the propagation front of the temperature within a thin plate by using plane laminary impinging jet is presented. Finally, an important part of this work is devoted to the study of plane jet impinging on a plane surface and a cubical obstacle for a Reynolds number equal to 3000. A detailed analysis of the statistical, spectral and structural properties of the flow is achieved to obtain a better understanding of the complex phenomena occuring in such a configuration

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Strozzi, Camille. "Etude expérimentale de l'auto-inflammation de mélanges gazeux en milieux confinés et sa modélisation avec une description cinétique chimique détaillée". Poitiers, 2008. http://www.theses.fr/2008POIT2275.

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Abstract (sommario):

L’autoallumage de mélanges homogènes CH4/air et n-C4H10/air a été étudié de manière expérimentale en Machine à Compression Rapide. D’une part, ce processus de combustion est caractérisé de manière globale en se basant sur des mesures de pression (délai d’allumage, taux de dégagement de chaleur). D’autre part, des visualisations directes mettent en évidence sa dépendance à la présence d’hétérogénéités de température, observées par strioscopie. Les champs de vitesse et la répartition de température en conditions non-réactives sont ensuite caractérisés par vélocimétrie (PIV rapide) et par fluorescence (PLIF toluène). Les informations obtenues apportent une meilleure compréhension du phénomène d’autoallumage, où la propagation des zones de réaction intense traduit la présence de fronts d’autoallumage ou/et de structures plus proches des déflagrations. En parallèle, une méthode de Pdf calculée 0D est retenue pour la modélisation de l’autoallumage dans ce type de conditions. Elle prend en compte, (i) une cinétique chimique détaillée, (ii) les phénomènes de mélange et de transferts de chaleur qui pilotent l’évolution de la répartition de la température avant l’allumage. La pertinence des résultats vis-à-vis de l’expérience suggère que l’approche proposée constitue un cadre bien adapté à l’étude de ce mode de combustion
Selfignition of homogeneous CH4/air and n-C4H10/air mixtures is studied within a Rapid Compression Machine. In a first step of the analysis, the combustion process is studied by using pressure measurements (ignition delays and global heat release rates). Then, temperature heterogeneities are evidenced thanks to Schlieren imaging. Their influence on the ignition process is confirmed by using direct light visualizations. The flow field and temperature distribution are then characterized in non-reactive conditions using velocimetry (fast PIV) and fluorescence (PLIF toluene) methods. Gathered information provides a better understanding of the ignition phenomena, where propagation of intense reaction zones results from autoignition fronts or processes similar to deflagrations. In parallel, a PDF method is retained for the modelling of autoignition in these conditions. The proposed strategy accounts for (i) detailed chemical kinetics, and (ii) mixing and heat transfer phenomena that play a crucial role in the evolution of temperature distribution. The comparison of the results to experimental data suggests that the proposed approach is a well suited framework for the study of this combustion mode

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Kostenko, Romaric. "Simulation d'écoulements non-newtoniens en milieu poreux macroscopique par la méthode de lattice-Boltzmann". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS561.

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Abstract (sommario):

Un fluide non-newtonien est un fluide dont la relation entre son taux de déformation et la contrainte qui lui est imposé n'est pas linéaire. Dans un milieu poreux, la contrainte imposée au fluide dépend de la pression imposée mais aussi de la taille des pores, et donc de la perméabilité à l'échelle macroscopique. Certains fluides peuvent avoir une rhéologie qui présente un changement à partir d'un seuil en contrainte. Si la taille des pores est aléatoire, le fluide va alors changer de régime de façon hétérogène dans le milieu. L'écoulement pourra alors présenter un premier régime où tout le fluide est en dessous du seuil, un régime où tout le fluide est au-dessus du seuil, et un régime intermédiaire pour lequel les deux types de rhéologie coexistent. Nous nous intéressons à ce régime intermédiaire pour des écoulements de fluide non-newtonien en milieu poreux macroscopique, étudiés par des simulations. Plus particulièrement, nous regardons l'écoulement d'un fluide de Bingham et celui d'un fluide de Carreau. Le fluide de Bingham ne s'écoule qu'à partir d'une contrainte seuil. En dessous du seuil, il se comporte comme un solide. Au-delà, sa relation taux de déformation/contrainte suis une loi affine. Les fluides de Carreau ont une relation taux de déformation/contrainte qui change de régime entre une loi linéaire et une loi de puissance. L'étude à l'échelle macroscopique se fait en simulant une loi de Darcy-Brinkman dans un champ de perméabilité hétérogène. Nous utilisons pour nos simulations la méthode de Boltzmann sur réseau, avec une grille de nœuds régulière, plus particulièrement le schéma à deux temps de relaxation d'Irina Ginzburg. Pour chaque fluide, nous regardons la relation débit-pression, ainsi que les propriétés géométriques des différents régimes d'écoulement. Nous caractérisons plus particulièrement les propriétés multi-échelles des régions dans un le même régime d'écoulement (clusters), telles que leur taille ou leur forme. Nous faisons aussi le lien entre ces propriétés géométriques et la théorie de la percolation, qui étudie le comportement de cartes de nœuds s'ouvrant aléatoirement et qui prédit des propriétés fractales
A non-newtonian fluid is a fluid which relation between it's shear rate and the stress under which it is put, is not linear. In a porous medium, the stress imposed to the fluid depends on the imposed pressure, but also on the pores size, and therefore on the macroscopic scale permeability. Some fluids have a rheology such that the fluid show a change of behaviour reaching a yield stress. If the pore size is random, then the fluid will present heterogeneous regime changes in the medium. The flow will then show a first regime where the whole fluid will be under the threshold, a regime where the whole fluid will be far above the threshold, and an intermediate regime for which both rheologies coexists. We are interested in intermediate regime for the flow of non-newtonian fluids in macroscopic porous media, and study it with numerical simulations. More particularly, we look at the flow of a Bingham fluid and that of a Carreau fluid. The Bingham fluid doesn't flow under a yield stress. Under the threshold, it behaves as a solid. Beyond, it's shear-rate/stress relation is an affine law. Carreau fluids have a shear-rate/stress relation that change regime between that of a newtonian fluid, and a power law. The macroscopic scale study is done simulating a Darcy-Brinkman law in a heterogeneous permeability field. We use for our simulations the lattice-Boltzmann method, on a regular node grid, and more specifically Irina Ginzburg two relaxation-time scheme. For each fluid, we study the flow-pressure relationship, as well as the geometric properties and the multi-scale properties in the fluid regions in the same flow regime (clusters), properties such as their size and shape. We also link these geometrical properties to the percolation theory, which studies the behaviour of randomly opening node maps and predicts fractal properties

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Blanco, Alvarez Armando. "Quelques aspects de l'écoulement d'un fluide visqueux autour d'une bulle déformable : une analyse par simulation directe". Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT103H.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacre a l'etude, par simulation directe, de quelques ecoulements de fluide visqueux et incompressible autour d'une bulle deformable. Les equations de navier-stokes axisymetriques instationnaires sont resolues numeriquement en variables primitives en utilisant des maillages curvilignes orthogonaux obtenus a partir de la resolution d'un couple d'equations de laplace generalisees. Les equations du mouvement sont discretisees en utilisant une methode de volumes finis et des maillages decales. L'avancement temporel de la solution est obtenu par une methode a pas fractionnaires de type runge-kutta/crank-nicolson. Un algorithme original est developpe pour verifier simultanement et de facon non-iterative l'incompressibilite de la bulle et de l'ecoulement externe ainsi que le bilan interfacial des contraintes normales. Trois situations physiques sont ensuite considerees en detail: l'ecoulement autour d'une bulle ellipsoidale de forme fixe, les oscillations d'une bulle en l'absence de gravite et la montee d'une bulle dans un liquide au repos. Plusieurs resultats significatifs sont presentes: - l'analyse du mecanisme de generation et de disparition d'un tourbillon attache derriere une bulle ellipsoidale de forme fixe et la determination precise de son domaine d'existence - la determination des effets d'amplitude finie, de viscosite et de confinement sur les oscillations non-lineaires d'une bulle - la mise en evidence, dans certains regimes de montee d'une bulle, d'oscillations couplees entre la forme de l'interface et l'ecoulement externe, oscillations qui conduisent a l'instabilite des trajectoires rectilignes

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Mekhlouf, Réda. "Modélisation XFEM, Nitsche, Level-set et simulation sous FEniCS de la dynamique de deux fluides non miscibles". Doctoral thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/30205.

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Abstract (sommario):

À l’heure actuelle, les écoulements à deux fluides non miscibles jouent un rôle très important dans plusieurs domaines, que ça soit en science ou en ingénierie. Leur complexité est tellement élevée que les modèles actuels ne permettent de résoudre que des cas particuliers ou simplifiés avec un degré de précision qui demeurent souvent plutôt modeste. Une nouvelle approche numérique parait être une nécessité pour capturer la complexité physique du phénomène. Pour ce faire nous avons besoin d’outils robustes. Au niveau de l’interface de séparation entre les deux fluides non miscibles, les variables physiques sont discontinues, ce qui pose un défi majeur dans la description des variables et des conditions aux limites à l’interface. Le fait que les densités et les viscosités de chaque fluide soient différentes de part et d’autre de l’interface donne naissance à des défauts et des impuretés dans le champ des vitesses, ce qu’on appelle une discontinuité faible. Pour sa part, l’existence de la force de tension superficielle au niveau de l’interface crée une discontinuité sur le champ de pression, ce qu’on appelle une discontinuité forte. Un autre grand problème se pose au niveau de l’étude numérique du problème, où les méthodes numériques classiques ont une précision assez limitée dans ce genre de situation. L’objectif de ce travail est de fournir une étude complète de la dynamique de l’interface entre deux fluides non miscibles à l’aide d’outils mathématiques, physiques et numériques robustes. D’abord, une étude analytique du problème a été faite où l’équation de Navier-Stokes et les conditions de saut sur les variables physiques au niveau de l’interface de séparation entre les fluides ont été prouvées en détail. Pour traiter les discontinuités, nous avons discrétisé nos variables à l’aide de la méthode XFEM. Dû aux larges distorsions rencontrées dans ce genre d’écoulement, nous avons utilisé l’approche Eulérienne, pour corriger les oscillations des solutions dues aux choix du système de coordonnées nous avons utilisé les techniques de stabilisation SUPG/PSPG. Le traitement de la courbure des interfaces K été fait à l’aide de l’opérateur Laplace Beltrami et le suivi d’interface à l’aide de la méthode ¨Level-set¨. Pour le traitement des conditions de saut au niveau de l’interface la méthode Nitsche est développée dans différents contextes. Après avoir développé un modèle physique et mathématique dans les premières parties de notre travail, nous avons fait une étude numérique à l’aide de la plateforme de calcul FEniCS, qui est une plateforme de développement en langage C++ avec une interface Python. Un code de calcul a été développé dans le cas des écoulements de deux fluides non miscibles avec les modèles physiques et les outils mathématiques développés dans les sections précédentes.
The two-phase flow problems have an important role in the multitude of domains in science and engineering. Their complexity is so high that the actual models can solve only particular or simplified cases with a certain degree of precision. A new approach is a necessity to understand the evolution of new ideas and the physical complexity in this kind of flow, to contribute to the study of this field. A good study requires solid and robust tools to have performing results and a maximum of efficacy. At the interface of separation between the two immiscible fluids, the physical parameters are discontinuous, which gives us difficulties for the description of the physical variables at the interface and boundary conditions. The fact that the density and the viscosity are discontinuous at the interface creates kinks in the velocity, which represent a weak discontinuity. The existence of the surface tension at the interface create a discontinuity for the pressure field, it represents a strong discontinuity. The main objective of this work is to make a complete study based on strong and robust physical, mathematical and numerical tools. A strong combination, capable of capturing the physical aspect of the interface between the two fluids with a very good precision. Building such a robust, cost effective and accurate numerical model is challenging and requires lots of efforts and a multidisciplinary knowledge in mathematics, physics and computer science. First, an analytical study was made where the one fluid model of the Navier-Stokes equation was proved from Newton’s laws and jump conditions at the interface was proved and detailed analytically. To treat the problem of discontinuity, we used the XFEM method to discretize our discontinuous variables. Due to the large distortion encountered in this kind of fluid mechanic problems, we are going to use the Eulerian approach, and to correct the oscillation of solutions we will use the SUPG/PSPG stabilization technic. The treatment of the interface curvature k was done with the Laplace Beltrami operator and the interface tracking with the Level-set method. To treat the jump conditions with a very sharp precision we used the Nitsche’s method, developed in different cases. After building a strong mathematical and physical model in the first parts of our work, we did a numerical study using the FEniCS computational platform, which is a platform of computational development based on C++ with a Python interface. A numerical code was developed in this study, in the case of two-phase flow problem, based on the previous mathematical and physical models detailed in previous sections.

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Rivero, Mayela. "Étude par simulation numérique des forces exercées sur une inclusion sphérique par un écoulement accéléré". Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT080H.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacre a une analyse menee par simulation numerique des forces qui s'exercent sur une inclusion spherique plongee dans un ecoulement accelere dans le temps ou l'espace. Pour ceci, les equations de navier-stokes axisymetriques sont resolues en variables primitives en utilisant un systeme de coordonnees curvilignes orthogonales issu des lignes de courant et des equipotentielles de l'ecoulement irrotationnel autour d'une sphere. On etudie tout d'abord en detail l'ecoulement uniforme et stationnaire autour d'une bulle spherique ou d'une sphere rigide pour des nombres de reynols compris entre 0,1 et 300. Trois situations d'ecoulements acceleres sont ensuite considerees pour ces deux types d'inclusions: l'ecoulement a acceleration temporelle constante, l'ecoulement oscillatoire et l'ecoulement stationnaire a deformation constante. On etablit a partir de ces differents cas que: le coefficient de masse ajoutee est independant des conditions d'ecoulement; l'effet d'histoire est negligeable hors du regime de stockes pour les bulles; au contraire il demeure important et possede un comportement complexe pour la sphere solide. L'influence de l'acceleration sur la structure de l'ecoulement est egalement discutee

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Denis, Roland. "Modélisation et simulation de l'effet Leidenfrost". Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENM111/document.

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Abstract (sommario):

L'effet Leidenfrost répresente un cas particulier de caléfaction : lorsqu'une goutte de liquide est déposée sur une surface dont la température est très supérieure à la température d'ébullition du liquide, ce dernier s'évapore avant de toucher la surface et la vapeur ainsi créée forme un coussin sous la goutte qui la maintient en sustentation et l'isole de la plaque chauffante.Ce travail de thèse concerne la modélisation et la simulation de ce phénomène complexe. Dans une première partie, nous étudions un modèle avec interface raide basée sur les équations de Navier-Stokes enrichies avec des termes interfaciaux prenant en compte le changement de phase et la tension de surface. La simulation d'une couche uniforme de liquide sur un film de vapeur nous ramène à un cas unidimensionnel pour lequel on utilise la méthode ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) afin de gérer la hauteur variable de chaque phase. La discrétisation du modèle est validée sur un cas test.Dans une seconde partie, on utilise la méthode de capture d'interface Level-Set dans laquelle la frontière liquide/gaz est représentée par la ligne de niveau zéro d'une fonction. Cette interface est artificiellement épaissie et les quantités thermodynamiques y sont régularisées. La tension de surface et le changement de phase sont alors introduits sous forme de termes volumiques dans nos équations. L'hypothèse d'incompressibilité de chaque phase pure nous amène alors à un fluide généralisé dont la compressibilité se manifeste uniquement dans la zone interfaciale, là où se produit le changement de phase.La troisième partie est consacrée à la discrétisation de ce modèle pour l'étude tridimensionnelle d'une goutte d'eau, immobile et symétrique par rotation, se ramenant ainsi à un problème bi-dimensionnel axisymétrique. La méthode Level-Set nécessite des choix numériques particuliers qui sont alors explicités : schéma d'advection peu diffusif, redistanciation par résolution d'une équation de Hamilton-Jacobi et correction globale du volume de la goutte, prenant en compte le changement de phase. Un algorithme de projection de type Chorin est également utilisé afin de satisfaire la contrainte sur la compressibilité de notre fluide. On présentera également un nouveau schéma aux différences finies à stencil compact pour l'approximation du gradient.La dernière partie présente et compare nos résultats numériques avec plusieurs courbes théoriques, décrivant chacune l'évolution de certains paramètres de la goutte de liquide : son volume, son rayon et la hauteur de la couche de vapeur
The Leidenfrost effect is a special case of calefaction: when a liquid is dropped on a surface which temperature is far hotter than the liquid's boiling point, he evaporates before touching the hot plate and the produced gas forms a thin layer, under the liquid droplet, that makes it hovering and isolates it from the heat source.This thesis deals with the modeling and the numerical simulation of this complex phenomenon. In the first part, we study a sharp interface model that supplement the Navier-Stokes equations with interfacial conditions taking into account the phase change and the surface tension. Simulating an uniform liquid layer over a vaporous film reduces the problem to one dimension. The ALE method (Arbitrary Lagrangian Eulerian) is then used to deal with the variable height of each phase. The numerical code is finally validated on a test case.In the second part, the gas/liquid interface is captured by a Level-Set method. The interface is artificially thickened and inner regularization is applied to the thermodynamic quantities. Therefore, surface tension and phase change are approximated by volume terms. Each pure phase is supposed to be incompressible but, due to the phase change, the velocity field is not divergence-free in the interfacial zone.The third part focusses on the discretization of this three-dimensional model, for the simulation of a motionless and rotational symmetric droplet. The problem reduces to an axisymmetric two-dimensional setting. The use of the Level-Set method requires devoted numerical algorithms which are developed: non-diffusive efficient advection scheme, reinitialization by Hamilton-Jacobi equation with global volume correction taking into account the phase change. An adapted Chorin projection algorithm is used to ensure the prescribed compressibility constraint that holds on the interfacial fluid. In addition, we introduce a new finite difference scheme for the gradient approximation that uses a compact stencil.The last part describes and compares our simulation results with several theoretical curves based on different droplet shape simplifications, plotting the evolution of indicators like the volume and radius of the droplet, or the height of the vapor layer

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Chatellier, Patrice. "Simulation de l'hydrodynamique des chenaux d'oxydation par l'utilisation des équations de Navier-Stokes associées au modèle k-epsilon : évaluation de la vitesse de circulation". Toulouse, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAT0027.

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Abstract (sommario):

L'etude porte sur l'evaluation de la vitesse moyenne de circulation et des profils de vitesse moyenne a l'interieur de chenaux d'oxydation. Seul le cas d'un ecoulement monophasique a ete traite. Cette etude presente deux methodes de modelisation que nous qualifierons de macroscopique: le bilan global de quantite de mouvement, les principes de l'agitation mecanique en cuve agitee cylindrique, et une microscopique basee sur les equations de navier-stokes. La derniere de ces trois approches est particulierement detaillee. Nous avons notamment expose le raisonnement et les approximations sur lesquels est base le modele k-, les conditions aux limites utilisees, la methode numerique des elements finis et les techniques de stabilisation et de resolution qui lui sont associees. Ensuite, nous avons applique cette methode a l'aide du logiciel fidap sur les six cas experimentaux suivants: ecoulement turbulent dans un tube, le jet dans un milieu infini, la cuve agitee cylindrique, un bassin annulaire de 2800 m#3, un bassin annulaire de 860 m#3, un chenal oblong de 1 m#3. Les resultats de chacune de ces simulations sont en bon accord avec les resultats experimentaux

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Louedin, Olivier. "Simulation numérique des processus de mélange 3D dans la zone naissante des jets supersoniques". Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES086.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur l'étude du mélange dans les jets supersoniques à l'aide d'une simulation numérique instationnaire. Ce travail comporte trois parties : dans la première un nouveau schéma numérique de capture de choc baptisé Triade est proposé. Il est validé sur un cas d'interaction entre un choc et un champs sinusoïdal de densité, puis sur un cas de THI compressible, et enfin sur une couche de mélange temporelle 2D et 3D. Dans la seconde partie l'approche semi-déterministe couplée avec des conditions de réalisabilité est étudiée. L'effet des conditions de réalisabilité ainsi que celui de l'initialisation du modèle K- sont examinés sur une couche de mélange supersonique 2D. La dernière partie porte sur une simulation d'un jet 3D à Re=2 10 5. Aucun modèle sous-maillé explicite n'est utilisé. Une analyse de stabilité linéaire est menée. Le mélange est abordé d'un point de vue qualitatif. Un parallèle est fait avec les structures tourbillonnaires d'un jet à basse vitesse.

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Hauville, Frédéric. "Optimisation des méthodes de calculs d'écoulements tourbillonnaires instationnaires". Phd thesis, Université du Havre, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00125000.

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Abstract (sommario):

Nous étudions les écoulements à l'aide des méthodes de calcul décrivant le transport du tourbillon. Ces méthodes sont basées sur une discrétisation volumique des zones tourbillonnaires en particules que l'on suit dans leur mouvement. Ces dernières portent un vecteur tourbillon qui évolue dans le temps en fonction des distorsions locales du champ de vitesse. Ces modélisations numériques d'écoulements tourbillonnaires instationnaires en formulation lagrangienne présentent la particularité d'être bien adaptées à la description de phénomènes complexes, mais ont la réputation d'être coûteuses en temps de calcul.

Le cadre général de cette thèse est l'amélioration de l'efficacité de ces méthodes sous trois aspects :
- décomposition linéaire / non linéaire
- approximation par domaine
- la programmation parallèle (PVM).

Des applications concernant des problèmes d'énergie éoliens, soit sur des générateurs à hélice (éolienne), soit sur les voiles de bateau pour l'interaction fluide/structure sont développés.

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Cousin, Laurent. "Simulation de sillages par méthode de projection spectrale multidomaine et technique de pénalisation : application au sillage d'une sphère en fluide stratifié thermiquement". Nice, 2004. http://www.theses.fr/2004NICE4086.

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Abstract (sommario):

Notre objectif est le calcul d’écoulements de type sillage en fluide stratifié thermiquement. La résolution en espace s’effectue par schéma multi domaine Tchebychev-Tchebychev-Fourier. Nous utilisons une décomposition (splitting) du schéma, avec une étape de transport traitée selon un schéma stable (Runge-Kutta d’ordre 4), une étape de diffusion et une étape de projection pour la pression. Nous avons développé une méthode de projection multi-domaine ne faisant pas appel à des conditions aux limites sur les bords extérieurs. La température est traitée selon un schéma transport-diffusion semblable. Ce schéma permet d’effectuer sans difficultés supplémentaires des calcul pour un fluide à fort nombre de Prandtl (donc fort nombre de Péclet à haut Reynolds). L’obstacle est modélisé par une méthode de pénalisation améliorée, permettant notamment la prise en compte de sa position avec une précision supérieure à celle du maillage. Des tests sur des écoulements 2D communs permettent de valider la méthode. Nous étudions le sillage d’une sphère à un nombre de Reynolds de 300 dans 3 cas de stratification stablement (avec un cas de stratification inactive). Une étude bibliographique fait un point des connaissances actuelles sur des cas semblables. Les calculs, sur calculateur parallèle vectoriel, sont poursuivis sur des horizons de temps relativement importants depuis le temps adimensionné 120 jusqu’à 330. Les résultats (évolutions en temps, fréquences caractéristiques, ainsi que des structures 2D et 3D) sont présentés. On observe notamment la perte de symétrie de l’écoulement dans le cas de faible stratification, au bout d’un temps important.

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Benjelloun, Saad. "Quelques problèmes d’écoulements multi-fluide : analyse mathématique, modélisation numérique et simulation". Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2012. http://www.theses.fr/2012DENS0074/document.

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Abstract (sommario):

La présente thèse comporte trois parties indépendantes.La première partie présente une preuve d'existence de solutions faibles globales pour un modèle de sprays de type Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec densité variable. Ce modèle est obtenu par une limite formelle à partir d'un modèle Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec fragmentation, où seules deux valeurs de rayons de particules sont considérées : un rayon r1 pour les particules avant fragmentation, et un rayon r2<
This thesis contains three independent parts.The first part presents a proof of existence of weak global solutions to a Vlasov-incompressible-Navier-Stokes system with variable density. This system is obtained formally from a classical Vlasov-incompressible-Navier-Stokes model with fragmentation for which only two values for the particules radii are considered: a radius r1 for non fragmented particules and a radius r2<

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Gueye, Abdoulaye. "Modélisation et simulations numériques des écoulements et instabilités thermiques de fluides non-Newtonien en milieu poreux". Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10154/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse sur les milieux poreux est axé sur deux parties. La première concerne l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide Newtonien ou non-Newtonien au sein d'un système fluide/poreux. L'approche à un seul domaine qui consiste à écrire l'équation de Navier-Stokes incluant le terme de Darcy-Brinkman-Forchheimer est adoptée dans cette étude. La relation entre le gradient de pression et la vitesse débitante linéaire dans le cas de Darcy où le fluide est Newtonien, est obtenue. Cette relation est étendue dans le cas non-Darcy où le fluide est non Newtonien. L'influence des nombres de Darcy et de Forchheimer sur la structure de l'écoulement est montrée. Dans la seconde partie, une étude de stabilité linéaire et numérique de la convection naturelle de fluides viscoélastiques saturant une couche poreuse horizontale chauffée par un flux constant est réalisée. Une étude d'instabilité primaire et secondaire nous a permis de montrer que pour un fluide Newtonien, la convection monocellulaire perd sa stabilité au profit des rouleaux longitudinaux. Dans le cas des fluides viscoélastiques, on trouve que l'élasticité du fluide induit la sélection des rouleaux transversaux propagatifs. Une solution numérique basée sur un schéma aux différences finies est venue conforter ces résultats analytiques
The present thesis on porous media concentrates in two parts. The first concerns the numerical study of the flow of a Newtonian or a non-Newtonian fluid within a fluid/porous system. The approach of a single domain, which consists of/in writing the Navier-Stokes equation including the Darcy-Brinkham-Forchheimer term, is chosen in this study. The linear relation between the pressure gradient and the bulk velocity in the Darcy case, for which the fluid is Newtonian, is obtained. This relation is extended to the non-Darcy case, for which the fluid is non-Newtonian. The influence of Darcy and Forchheimer numbers on the structure of the flow is presented. In the second part, linear stability and numerical analysis of the natural convection of viscoelastic fluids saturating a horizontal porous layer heated by a constant flux is performed. A primary and secondary instability study allowed to show that, for a Newtonian fluid, the unicellular convection loses its stability to the benefit of longitudinal rolls. In the case of viscoelastic fluids, the elasticity of the fluid leads to the selection of propagation transverse rolls. A numerical solution based on a finite difference scheme has reinforced these analytical results

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Fan, Yilin. "Distribution des fluides et intensification des transferts thermiques dans un échangeur thermique par l'intégration des distributeurs constructals". Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS040.

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Abstract (sommario):

Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, la modélisation, l'expérimentation et l'optimisation des distributeurs multi-échelles. La fonction de tels distributeurs est de fournir une quantité contrôlée ou un débit de fluide à une série de canaux en parallèle. L'alimentation uniforme des canaux d'un échangeur thermique multitubulaire intensifie les transferts thermiques avec la plus faible perte de charge possible. Leurs structures internes multi-échelles sont optimisées en minimisant simultanément la dissipation visqueuse et le temps de passage selon "la théorie constructale". Des prototypes constructals en polymère et en métal sont fabriqués à l'aide de la méthode de stéréolithographie. Des prototypes de distributeurs ont été assemblés avec un mini échangeur thermique à courants croisés afin d'évaluer les effets de la distribution des fluides sur ses performances thermiques et hydrauliques, par la modélisation numérique (CFD) et par des expérimentations, Nous avons étudié l'intensification des transferts thermiques réalisée par la distribution uniforme et l'équilibre thermo-hydraulique. L'intégration du collecteur constructal à la sortie de l'échangeur thermique conduit à une distribution uniforme et par conséquent intensifie les transferts thermiques. C'est également la configuration la plus avantageuse, en considérant le compromis entre l'intensification des transferts thermiques et la dissipation de la puissance de pompage. Les résultats peuvent fournir des informations et des idées originales pour la conception et I' optimisation des échangeurs et des systèmes de distribution de fluides
This thesis contributes to the advances in the conception, fabrication, modeling, experiment, and optimization of multi-scale fluid distributors. The function of such fluid distributors is to deliver a controlled amount or rate of fluid to an array of distributing ports, in order for example to feed uniformly the channels of a multi-channel heat exchanger and consequently intensify the heat transfer with the least increase of pressure drop. Their multi-scale internal channel structures are optimized by minimizing the viscous dissipation and the residence time simultaneously according to the "constructal theory". Polymer and metallic prototypes of the constructal components were fabricated using Stereolithography. Constructal distributor prototypes were assembled with a mini crossflow heat- exchanger to evaluate the effects of flow distribution on its thermal and hydraulic performances by experiments and by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The enhancement of heat transfer realized by flow uniform distribution and the thermal- hydraulic balance are discussed. The results indicate that the integration of one constructal collector at the outlet of the heat exchanger can approach the uniform flow distribution and consequently better intensify the heat transfer. It is also the most advantageous configuration based on a balanced consideration of heat transfer intensification and pump power consumption under the investigation conditions. The results may provide some original information and thoughts to the design and optimization of heat exchangers and flow distribution/collection systems

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Bonometti, Thomas. "Développement d'une méthode de simulation d'écoulements à bulles et à gouttes". Toulouse, INPT, 2005. https://hal.science/tel-04582704.

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Abstract (sommario):

Le travail présenté concerne le développement d'un outil de simulation d'écoulements diphasiques dont les rapports de densité et de viscosité peuvent être grands, prenant en compte les effets capillaires, et où les interfaces évoluent librement sur un maillage fixe. Les applications visées concernent aussi bien les problèmes posés par le génie des procédés que par la propulsion ou les échanges océan-atmosphère. Le transport de ces interfaces est assuré par une méthode de capture de front sans reconstruction d'interface. On montre que cette méthode épaissit les zones interfaciales dans les régions de fort étirement et on propose une méthode de modification de la vitesse dans ces zones qui permet de s'affranchir du problème. L'outil numérique ainsi amélioré permet l'étude détaillée de plusieurs aspects de la dynamique des écoulements à bulles et à gouttes intervenant sur une gamme d'échelles de longueur allant de quelques dizaines de microns à quelques centimètres dans des configurations axisymétriques ou pleinement tridimensionnelles. Des simulations concernant la microfluidique sont comparées à des expériences très récentes. Enfin une étude de la dynamique d'une suspension comprenant jusqu'à 27 bulles a permis notamment de mettre en évidence l'influence du nombre de Reynolds des bulles sur l'intensité des fluctuations de vitesse qu'elles induisent dans le liquide
This work deals with the development of an interface-capturing method aimed at computing three-dimensional incompressible two-phase flows that may involve high density and viscosity ratios and capillary effects. The applications we have in mind concerns chemical engineering as well as environmental problems. We use a front-capturing method to advance the interface but do not perform any explicit reconstruction. We show that the base version of this method results in a smearing of the fronts in regions where the flow undergoes a stray stretching. We propose an improved technique in which the local velocity field within the fronts is modified and the above problem is fixed. This algorithm allows the interfaces to deform properly while maintaining the numerical thickness of the transition region within three computational cells. A detailed study of several aspects of the dynamics of two- and three-phase flows, such as drops in microchannels or hydrodynamic interactions in a bubble swarm, is then performed in both axisymmetric and three-dimensional configurations. The results concerning microfluidics are compared with very recent experiments. Finally, a study of the dynamics of a bubbly suspension involving up to 27 bubbles allow us among other things to enlighten the influence of the bubbles Reynolds number on the velocity fluctuations induced in the liquid

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Galmiche, Martin. "Interaction turbulence-champs moyens et ondes de gravités internes dans un fluide stratifié". Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT017H.

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Abstract (sommario):

En présence d'une stratification stable en densité, situation fréquemment rencontrée dans l'atmosphère et les océans, les forces de flottabilité induites par la gravité se manifestent par la propagation d'ondes internes et affectent fortement la dynamique des écoulements, en particulier la phénoménologie de la turbulence. Cette étude numérique et théorique est consacrée aux propriétés de la turbulence et des ondes internes dans leur interaction avec une stratification et un cisaillement moyen vertical variant avec l'altitude. La simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes sous l'approximation de Boussinesq permet de mettre en évidence l'effet radical d'une stratification stable sur les interactions entre la turbulence et les champs moyens de vitesse et de densité, et confirme la tendance de la turbulence stratifiée à former des couches horizontales. Ce phénomène peut être en partie décrit par un modèle analytique linéaire basé sur la théorie de la distorsion rapide. On met également en évidence la génération de courants moyens par l'interaction de deux ondes internes, grâce à un modèle analytique simple appuyé par la simulation numérique directe. Enfin, dans le cdre de l'approximation WBK à l'ordre de l'optique géométrique, une formulation hamiltonienne du problème de la réfraction nous permet d'étudier la distorsion d'un champ d'onde évoluant dans un fluide soumis à une stratification et à un cisaillement non uniformes.

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Couto-Barba, Laurent. "Contribution à la simulation du mélange turbulent par la schématisation de fonctions densité de probabilité". Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3014.

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Abstract (sommario):

L'objectif est de proposer un modèle schématisant le mélange en fonction des échelles de longueur et de temps caractéristiques de la turbulence en se limitant au cas de la turbulence homogène et isotrope. Le modèle introduit la notion de particule fluide élémentaire et ses différents voisinages (immédiat, proche et lointain). Pour chaque niveau de voisinage, un modèle spécifique de mélange existant dans la littérature est appliqué. L'approche prend en compte, des petites aux grandes échelles, la diffusion moléculaire (loi de Fick), le mélange interne aux particules fluides (modèle de Kerstein, 1988), le mélange externe aux particules fluides (inspiré du modèle LMSE de Dopazo 1974, ou du modèle C/R de Curl, 1963) et le macromélange (calcul des déplacements lagrangiens). Une horloge interne exécute de manière séquentielle les différents modèles en les appliquant instantanément à des intervalles de temps définis. Deux configurations ont été étudiées. La première est le cas académique du mélange d'un scalaire inerte réparti initialement de manière bimodale. Les évolutions temporelles des fonctions densité de probabilité (PDF), de la variance et des coefficients de symétrie et d'aplatissement ont été comparées à celles issues des simulations numériques directes de Eswaran & Pope (1988). Une étude paramétrique sur la synchronisation et la prépondérance des phénomènes modélisés a été effectuée. La deuxième configuration est celle de couches de mélange thermique issues d'un ou de deux fils chauds introduits dans un écoulement de turbulence de grille à vitesse moyenne uniforme. Nos résultats numériques sont en accord qualitatif avec les résultats expérimentaux de Warhaf (1984)
This thesis considers a method which simplifies the mixing at different levels, depending on turbulence length and time scales. The analysis is here restricted to the case of homogeneous and isotropic turbulent flows. The model is based on elementary fluid particles considered in their different levels of neighborhoods. For each vicinity level, a specific mixing model is applied. The approach takes into account - from small to high length scales - laminar diffusion (Fick diffusion process), internal mixing into fluid particle (Kerstein model, 1988), external mixing between fluid particles contained into a same eulerian volume (inspired from the LMSE model developpef by Dopazo, 1974, or from the Curl model,1963) and turbulent dispersion (where lagrangian moves are computed). An internal clock organizes the sequence of applications of the different models. Each one is applied instantaneously at different periodic times. Two different cases have been studied. The first case is the time evolution of mixing between two components initially introduced in two different areas. The numerical results have been compared to those of Direct Numerical Simulations by Eswaran & Pope (1988). The time evolution of Probability Density Functions, and the evolutions of variance, symetry coefficient and flatness coefficient have been compared. A parametrical study of the parameter governing the sequence of application of the different models has been performed. The second case considers thermal mixing layers emitted from one or two hot films placed inside a grid turbulence with uniform mean flow. Numerical results are in qualitative agreement with the experimental results by Warhaft (1984)

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Garrelie, Florence. "Simulation Monte Carlo de l'expansion d'un panache plasma créé par ablation laser - Comparaison avec l'expérience". Limoges, 1998. http://www.theses.fr/1998LIMO0030.

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Abstract (sommario):

Ce travail concerne la mise au point d'une simulation par une approche monte carlo de l'expansion du panache plasma cree lors de l'interaction entre un faisceau laser u. V. Et une cible de cuivre. Il se divise en cinq parties : - le premier chapitre est consacre, d'une part a une presentation generale des methodes de monte carlo, et d'autre part a une description des phenomenes mis en jeu lors de l'interaction entre un faisceau laser impulsionnel et une cible solide. - le deuxieme chapitre constitue l'etude experimentale, par imagerie par camera c. C. D. Ultra-rapide et par spectroscopie optique d'emission, de l'expansion du plasma sous vide et sous atmosphere residuelle. Cette etude permet de quantifier le transport des particules evaporees et autorise une comparaison avec la simulation. - les chapitres 3 et 4 sont consacres a la simulation monte carlo de l'expansion du panache plasma : - le chapitre 3 concerne l'expansion du plasma sous vide. Une methode de simulation y est proposee et les phenomenes majeurs regissant le transport des particules y sont mis en evidence, par comparaison avec l'experience. - le chapitre 4 est, quant a lui, consacre a la simulation de l'expansion du plasma sous atmosphere residuelle non reactive. Le transport des particules est etudie en fonction des parametres de l'atmosphere residuelle (nature, pression). - enfin, nous presentons, dans le dernier chapitre, l'application de cette methode de simulation monte carlo a la realisation de couches minces et au micro-usinage par ablation laser.

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Imbs, Julien. "Modélisation numérique de débitmètre électromagnétique". Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAE047.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a pour objet la modélisation et l’étude de débitmètres électromagnétiques produits par la société Siemens. Ces appareils permettent de mesurer le débit volumique d’un fluide conducteur en mouvement sous un champ magnétique par le biais d’électrodes mesurant le potentiel induit. L’objectif principal des travaux présentés est de modéliser un débitmètre électromagnétique, afin de disposer d’un modèle fiable et réaliste d’un point de vue magnétique, et de l’optimiser par la suite. La premier chapitre de cette thèse est consacrée à l’historique et au fondement de la théorie des débitmètres électromagnétiques de l’époque de Faraday à nos jours. Le chapitre II présente et décrit les débitmètres industriels conçus par Siemens à Haguenau en posant les bases, les termes et les notions nécessaires à la compréhension des travaux réalisés durant cette thèse. Le chapitre III vise à établir l’équation qui régit le fonctionnement des débitmètres électromagnétiques reliant le potentiel induit, la vitesse du fluide et le champ magnétique. On discutera également des principales hypothèses retenues dans le cadre de la théorie pour la modélisation numérique. Le chapitre IV introduit dans un premier temps la théorie sur le magnétisme et les principaux matériaux magnétiques. Dans un second temps, c’est la caractérisation magnétique des principaux composants utilisés pour la conception des débitmètres électromagnétiques qui est réalisée. Dans le chapitre V, une introduction à la modélisation numérique est effectuée, afin de justifier l’importance de la méthode des éléments finis pour la simulation électromagnétique des débitmètres sur le logiciel NX. La deuxième partie du chapitre se concentre sur le développement et la simulation du modèle numérique d’un débitmètre électromagnétique. Ensuite, la troisième partie est consacrée à la méthode expérimentale mise en place afin de mesurer le champ magnétique et comparer les résultats obtenus avec ceux issus de la simulation. La simulation numérique du champ magnétique ayant été validée par les mesures, le chapitre VI est consacré à la dynamique moléculaire des particules chargées contenues dans le fluide afin d’en déterminer la différence de potentiel. Enfin, le chapitre VII est consacré à l’étalonnage des débitmètres électromagnétiques, où l’on confrontera un modèle théorique aux valeurs expérimentales mesurées en production sur le site de Haguenau
This work concerns numerical modelling and study of electromagnetics flowmeters developed by Siemens. These devices are able to measure the flowrate of a conductive fluid in motion subject to a magnetic field. An induced potential is created and measured by two electrodes. The main purpose of this thesis is to modelize an electromagnetic flowmeter in order to get a realistic and reliable model to optimize the sensor in the futur. The first part of the work is to introduce the development theory of elec-tromagnetic flowmeter since the discovery of the induction law of Farady until today. The chapter II describes the industrial electromagnetics flowmeters manufactured by Siemens and provides the necessary knowledges for a better understanding of this work. In the chapter III, the electromagnetic flowmeter equation is derived and solved for the case of a homogenous magnetic field and point electrodes. This equation allows to get a relation between the induced potential, the velocity of the fluid and the magnetic field. We will discuss about the assumptions choose for this theory and used for the numerical model. In a first time the chapter IV focus on the theory of the magnetism and magnetics materials. In a second time, we present the magnetic characterization of the materials used in the electromagnetics flowmeters. In the chapter V, an introduction to the numerical modelling is done in order to justify the using of the finite element method for the magnetic simulation on the software NX Nastran. The second part of this chapter concerns the development and the numerical simulation of an electromagnetic flowmeter. At last, the third part is about the installation of a test bed to measure the magnetic field produced inside the electromagnetic flowmeter and to compare the results with the simulation. Numerical simulation of the magnetic field being checked by the measurements, the next chapter introduces molecular dynamics of the charged particles inside the measuring pipe in order to compute electrical potential. Finally, the last part introduces the calibration of electromagnetics flowmeters where a theoretical model was developed in order to compare them with experimentals values measured in production on Haguenau Siemens site

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

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Abstract (sommario):

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

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Dechriste, Guillaume. "Méthodes numériques pour la simulation d'écoulements de gaz raréfiés autour d'obstacles mobiles". Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0388/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail est dédié à la simulation d’écoulements multidimensionnels de gaz raréfiés dans un domaine où l’interface avec le solide est mobile. Le comportement du gaz est modélisé par un modèle de type BGK de l’équation de Boltzmann et une méthode déterministe de vitesses discrètes est utilisée pour discrétiser l’espace des vitesses microscopiques.Dans ce document, nous proposons tout d’abord trois discrétisations spatiales du modèle qui permettent la prise en compte du mouvement des parois solides, grâce à un traitement spécifique des conditions aux limites. Ces approches sont implémentées et validées pour plusieurs cas unidimensionnels et à la suite de cette étude, la méthode maille coupée est choisie pour une extension à des écoulements de dimensions plus élevées.La suite du travail présente l’algorithme utilisé pour la simulation d’écoulements 2D et 3D. La précision et la robustesse de l’implémentation sont mises en avant grâce à la simulation de nombreux cas tests, dont les résultats sont comparés à ceux issus de la littérature. La méthode maille coupée a notamment été optimisée par une technique de raffinement de maillage adaptatif. La simulation instationnaire 3D de la rotation des pâles du radiomètre de Crookes illustre pleinement le potentiel de la méthode
This work is devoted to the multidimentional simulation of rarefied gases in a domain with moving boundary. The governing equation is given by BGKtype model of Boltzmann equation and velocity space is discretized with a standard discrete velocity method.We first propose three space discretizations that take boundary motion into account by specific treatment of the boundary conditions. These approaches are implemented and validated for several 1D flows. Based on this study, the cut cell method is chosen to be extend to multidimentional flows.Then we detail the cut cell algorithm for 2D and 3D flow simulations. Robustness and accuracy of the implementation are investigated through the simulation of numerous test cases. Our results are rigorously compared to the ones coming from the literature and good agreement is shown. The cut cell method has been optimized with an adaptive refinement mesh technique. The 3D unstationary simulation of the Crookes radiometer rotating vanes is a perfect illustration of the method potential

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Vaudor, Geoffroy. "Atomisation assistée par un cisaillement de l'écoulement gazeux. Développement et validation". Rouen, 2015. http://www.theses.fr/2015ROUES024.

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Abstract (sommario):

L'atomisation assistée permet de transformer un jet liquide en gouttes à l'aide d'un jet gazeux co-courant rapide. Ce procédé est mis en œuvre dans certains moteurs cryotechniques et systèmes de propulsion aéronautique. L'étude numérique de ces configurations est cependant difficile à réaliser en raison du fort cisaillement couplé au fort rapport de masse volumique entre les phases liquide et gazeuse qui rendent la plupart des solveurs instables dont le solveur ARCHER développé au CORIA. Des développements numériques sur la modélisation des termes convectifs, à partir des travaux de Rudman, ont été réalisés. L'idée conductrice est de rétablir la consistance entre le transport numérique de la masse et celui de la quantité de mouvement. La discrétisation proposée nécessite le transport de l'interface sur une grille duale. Cette méthode s'est avérée stable mais coûteuse numériquement. Une nouvelle discrétisation, permettant de s'affranchir de la seconde grille est proposée et validée sur différents cas tests. Des études expérimentales sur l'atomisation assistée ont été menées au laboratoire LEGI depuis de nombreuses années et les nouveaux schémas numériques implémentés au cours de ce travail ont permis la simulation numérique d'un film liquide cisaillé 2D et d'un jet coaxial liquide en 3D que l'on a comparés aux résultats expérimentaux
Assisted atomization enables to transform a liquid jet into drops using a co-flowing high-speed gas jet. This method is applied in cryogenic engines and aircraft propulsion systems. However, numerical study of these configurations is challenging, due to the high shearing associated with the high density ratio between the liquid and gaseous phases, which make most solvers unstable, including the ARCHER solver developed in CORIA laboratory. Numerical developments on the modeling of the convective term based on Rudman's work have been performed. The main idea is to re-establish the consistency between numerical mass and momentum transport. The original discretization requires moving the interface onto a dual grid. This method has proved to be stable but numerically costly. A new discretization which enables to get rid of the second grid is suggested and validated on different test cases. Experimental studies on assisted atomization have been carried out in LEGI laboratory for years and the new numerical scheme developed during these studies have enabled to simulate numerically a 2D sheared liquid film and a coaxial liquid jet in 3D, which have then been compared to the experimental results

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Troadec, François. "Simulation numérique directe d'un écoulement supercritique pour validation des approches RANS et LES". Rouen, 2010. http://www.theses.fr/2010ROUES043.

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Abstract (sommario):

Le travail effectué au cours de cette thèse a été de développer et implémenter des outils capables d’aider à la simulation numérique d’écoulements cryogéniques, en proposant des cas-tests basés sur des expériences «numériques» via l’utilisation de la Simulation Numérique Directe (DNS). Les problèmes rencontrés au cours des différentes expériences, dus aux conditions d’utilisation (une pression supérieure à 50 Bar et des réactifs très inflammables), amènent donc les industriels à développer de nouveaux outils numériques. En effet, au delà d’une certaine pression, la distinction entre la phase liquide et la phase gazeuse disparaît et les interactions intermoléculaires ne peuvent plus être négligées ce qui affecte les mécanismes de transport. Différents modèles de la littérature ont été étudiés et comparés à des données de référence (NIST). Certains ont ensuite été introduits dans le code de simulation Asphodèle, basé sur une formulation bas nombre de Mach. La configuration étudiée permet de simuler la déstabilisation d’un jet en condition supercritique. L’objectif principal étant de se rapprocher au plus près des conditions réelles de fonctionnement et de tester la formulation bas nombre de Mach utilisée pour la première fois en écoulement supercritique. Enfin, disposant de résultats issus d’une simulation numérique directe, nous avons évalué, à partir de tests a priori, la pertinence de modèles utilisées dans certaines simulations supercritiques RANS ou LES, tel le modèle de variable de mélange ou l’utilisation des variables filtrées dans l��équation d’état
The main aim of this work is to develop tools able to realise numerical simulation of cryogenic flows by proposing tests case based on numerical experiments through the use of Direct Numerical Simulation (DNS). Many problems encountered during experiments are due to experimental conditions (high pressure and very flammable reactives) that impose researchers to consider new numerical ways. Indeed, beyond a given pressure, the distinction between liquid and gaseous phase disappears and molecular interactions can’t be neglected anymore. This affects thermo-physical variables. So, different physical models have been studied and results have been compared to reference data (NIST). Some of them have been introduced in Asphodele solver. This solver is based on a low Mach number formulation. The reference configuration used simulates the destabilization of a jet in supercritical condition. Main aim being to reach conditions present inside the rocket’s combustion chamber and to test low Mach number formulation applied in supercritical flows. Finally, from results extracted from DNS simulation, a priori tests are used to study RANS and LES terms modelisation like the mixture fraction formulation (RANS) and the use of filtered variable in equation of state (LES)

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Bizid, Wided. "Développement de méthodes de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent autour d’obstacles". Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0631/document.

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Abstract (sommario):

En vue d’applications aux turbines éoliennes, cette thèse vise à étendre l’utilisation des méthodes de type domaines fictifs et en particulier la méthode de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent instationnaire autour d’obstacles de géométrie complexe.La modélisation de la turbulence instationnaire à nombres de Reynolds élevés a été abordée par des approches hybrides RANS/LES telles que la (DES) et la (DDES). Afin d’améliorer la prédiction, un modèle de paroi de type TBLE a été introduit.Après une brève présentation des méthodes et des outils mis en oeuvre, des simulations2D/3D sur la configuration de cylindre et du canal sont ensuite présentées, analysées et comparées aux résultats numériques et expérimentaux.Les résultats de simulation montrent la faisabilité et l’efficacité des modèles et de la méthode de couplage (DDES/TBLE). La dernière étude se concentre sur la simulation de l’écoulement d’air autour d’un profil de pale. Les réussites et les échecs des simulations numériques sont soulignés et étudiés.En conclusion, l’étude établit les fondements pour une future application dans le cas de l’écoulement autour d’un rotor éolien en mouvement
In the perspective of application to wind turbine design, this thesis aims to extend theuse of fictitious domain methods and in particular the method of penalization for the simulation of unsteady turbulent flows around obstacles of complex geometry. The unsteady turbulence modeling at high Reynolds numbers was studied by hybrid approaches(RANS / LES) such as (DES) and (DDES). In order to improve the prediction, a wall model based on simplified Thin Boundary Layer Equations (TBLE) was introduced.After a brief presentation of the tools and methods implemented, full 2D / 3D computations on cylinder and channel configuration are then presented, analyzed and compared to numerical and experimental results.The simulation results show the feasibility and effectiveness of the proposed models and the coupling method (DDES / TBLE).The latest investigation focuses on the simulation of the flow around the airfoil of a wind turbine. The success and fails of the computations are highlighted and explained

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Benguigui, William. "Modélisation de la réponse dynamique d’une paroi solide mise en vibration par un écoulement fluide diphasique". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLY014.

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Abstract (sommario):

Les tubes des générateurs de vapeur des centrales nucléaires vibrent sous l'effet d'écoulement eau/vapeur. Pour appréhender ce phénomène et le comprendre, des expériences à échelles réduites sont réalisées. La simulation numérique a montré son habilité à reproduire l'interaction fluide-structure sur ce type de géométrie pour des écoulements monophasiques. L'objectif est désormais de faire de même en écoulement diphasique et de caractériser les propriétés physiques du mélange liquide/gaz influant sur la vibration.Pour se faire, un code CFD avec une approche bi-fluide est utilisé. Une méthode dite de "Discrete forcing" est implémentée pour permettre le mouvement imposé de corps solides au sein d'un écoulement à plusieurs phases. Celle-ci est alros validée sur des cas simples et intégraux avec une comparaison systématique à des résultats expérimentaux ou théoriques.En se basant sur un algorithme implicite existant dans la littérature, un couplage fluide-structure utilisant cette méthode de suivi d'interface est implémenté. Validé sur des cas monophasiques et diphasiques, ce couplage offre désormais la possibilité de déplacer un solide en fonction des forces fluides diphasiques qui lui sont appliquées.Les différentes méthodes numériques présentes dans NEPTUNE_CFD sont ensuite évaluées pour un écoulement fréon/fréon au travers d'un faisceau de tubes inclinés. La nécessité d'utiliser des modèles dit "multi-régime" est mis en avant.Afin de déterminer l'influence sur l'écoulement des différentes propriétés physiques d'un mélange diphasique, plusieurs cas simples sont réalisés.Finalement, l'application industrielle cible, un écoulement eau/fréon dans un faisceau de tubes à pas carré, est simulée et comparée à un écoulement en conditions réelles (eau/vapeur à 70 bar). Les vibrations induites par écoulement monophasique puis diphasique sont correctement reproduites sur des cas dit de "faisabilité"
In nuclear power plants, steam generator tubes vibrate because of steam/water cross-flows. In order to understant this phenomenon, reduced-scale experiments are performed. Numerical simulations have shown their ability to accurately reproduce the vibration induced by a single phase flow in a tube bundle. The aim of the present work is to do the same with two-phase flow and to characterize the effect of the mixture physical properties on vibration.To do so, a CFD code based on a two-fluid approach is used. A "discrete forcing" method is implemented in order to allow solid body motion in a two-phase flow. The validation is performed with simple and industrial cases using experimental and theoretical results.Using an existing implicit algorithm, a fluid-structure coupling based on the developed interface tracking method is implemented. Validated for single and two-phase flows, it is now possible to have solid motion induced by fluid forces.The different numerical models dedicated to two-phase flows are then evaluated on a freon/freon flow across an inclined tube bundle. The use of a multi-regime model is required. In order to investigate the role of the different physical properties on the vibration, three simple studies are performed.Finally, the industrial application, a freon/water flow across a square pitch tube bundle, is performed. First, it is compared to a steam/water flow in order to characterize the discrepancies when we are using a modeling mixture. Then, the vibration induced by single- and two-phase flows is reproduced by the developed method on feasibility test cases

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Buffat, Marc. "Étude de la simulation numérique par une méthode d'éléments finis des écoulements internes subsoniques instationnaires bi et tridimensionnels". Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10002.

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Abstract (sommario):

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement de méthodes numériques pour simuler et étudier les écoulements internes subsoniques. L'approche utilisée tente aussi de montrer les liens qui existent entre la physique, l'analyse numérique et l'informatique lorsque l'on réalise des expériences numériques en mécanique des fluides. Dans le premier chapitre, on étudie une modélisation des écoulements internes subsoniques, basée sur une approximation de faible nombre de mach. Dans le second chapitre, on analyse différents schémas numériques d'intégration d'une équation de conservation scalaire. On montre en particulier que la résolution numérique précise d'un problème instationnaire nécessite des schémas en temps d'ordre 2 et des discrétisations spatiales par éléments finis précises. Dans le troisième chapitre, on développe une méthode numérique performante pour résoudre le système d'équations de conservation décrivant les écoulements interne subsoniques. Cette méthode numérique utilise des schémas en temps semi-implicite d'ordre 1 ou implicite d'ordre 2, une approximation par éléments finis p1/iso p2 et un algorithme de résidu minimal pré-conditionné de type Uzawa pour résoudre le problème de Lagrange variationnel. Dans le chapitre suivant on analyse les techniques mises en œuvre pour implanter et optimiser cette méthode numérique. Dans le dernier chapitre, on étudie l'écoulement dans un canal autour d'une rangée périodique de cylindres. Grâce à la simulation numérique on a caractérisé les premières instabilités qui apparaissent, et on a mis en évidence un couplage entre une instabilité principale de canal (de type Tolmien-Schliechting) avec une instabilité de sillage (de type allée de Karman)

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Benguigui, William. "Modélisation de la réponse dynamique d’une paroi solide mise en vibration par un écoulement fluide diphasique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLY014/document.

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Abstract (sommario):

Les tubes des générateurs de vapeur des centrales nucléaires vibrent sous l'effet d'écoulement eau/vapeur. Pour appréhender ce phénomène et le comprendre, des expériences à échelles réduites sont réalisées. La simulation numérique a montré son habilité à reproduire l'interaction fluide-structure sur ce type de géométrie pour des écoulements monophasiques. L'objectif est désormais de faire de même en écoulement diphasique et de caractériser les propriétés physiques du mélange liquide/gaz influant sur la vibration.Pour se faire, un code CFD avec une approche bi-fluide est utilisé. Une méthode dite de "Discrete forcing" est implémentée pour permettre le mouvement imposé de corps solides au sein d'un écoulement à plusieurs phases. Celle-ci est alros validée sur des cas simples et intégraux avec une comparaison systématique à des résultats expérimentaux ou théoriques.En se basant sur un algorithme implicite existant dans la littérature, un couplage fluide-structure utilisant cette méthode de suivi d'interface est implémenté. Validé sur des cas monophasiques et diphasiques, ce couplage offre désormais la possibilité de déplacer un solide en fonction des forces fluides diphasiques qui lui sont appliquées.Les différentes méthodes numériques présentes dans NEPTUNE_CFD sont ensuite évaluées pour un écoulement fréon/fréon au travers d'un faisceau de tubes inclinés. La nécessité d'utiliser des modèles dit "multi-régime" est mis en avant.Afin de déterminer l'influence sur l'écoulement des différentes propriétés physiques d'un mélange diphasique, plusieurs cas simples sont réalisés.Finalement, l'application industrielle cible, un écoulement eau/fréon dans un faisceau de tubes à pas carré, est simulée et comparée à un écoulement en conditions réelles (eau/vapeur à 70 bar). Les vibrations induites par écoulement monophasique puis diphasique sont correctement reproduites sur des cas dit de "faisabilité"
In nuclear power plants, steam generator tubes vibrate because of steam/water cross-flows. In order to understant this phenomenon, reduced-scale experiments are performed. Numerical simulations have shown their ability to accurately reproduce the vibration induced by a single phase flow in a tube bundle. The aim of the present work is to do the same with two-phase flow and to characterize the effect of the mixture physical properties on vibration.To do so, a CFD code based on a two-fluid approach is used. A "discrete forcing" method is implemented in order to allow solid body motion in a two-phase flow. The validation is performed with simple and industrial cases using experimental and theoretical results.Using an existing implicit algorithm, a fluid-structure coupling based on the developed interface tracking method is implemented. Validated for single and two-phase flows, it is now possible to have solid motion induced by fluid forces.The different numerical models dedicated to two-phase flows are then evaluated on a freon/freon flow across an inclined tube bundle. The use of a multi-regime model is required. In order to investigate the role of the different physical properties on the vibration, three simple studies are performed.Finally, the industrial application, a freon/water flow across a square pitch tube bundle, is performed. First, it is compared to a steam/water flow in order to characterize the discrepancies when we are using a modeling mixture. Then, the vibration induced by single- and two-phase flows is reproduced by the developed method on feasibility test cases

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Medale, Marc. "Modélisation numérique de l'étape de remplissage des moules de fonderie par la méthode des éléments finis". Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD714.

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Abstract (sommario):

Nous proposons dans cette étude, une approche robuste et efficace, pour simuler numériquement les écoulements laminaires et incompressibles de fluides non miscibles, séparés par une ou des interfaces mobiles. Car durant le remplissage des moules de fonderie, le matériau s'écoule à l'état liquide, avec des caractéristiques fluides très prononcées, à l'intérieur d'une empreinte de géométrie souvent complexe. Ces particularités proscrivent l'adoption d'une description lagrangienne, habituellement retenue pour la simulation des procèdés de mise en forme, par la méthode des éléments finis. Nous nous sommes alors tournés vers une approche totalement eulérienne pour traiter ce type de problèmes relativement sévères, du point de vue des déformations de la surface libre. Nous avons dû, par conséquent, développer une technique spécifique de localisation de la surface libre, ou de l'interface mobile, au travers du maillage fixe. Cette technique reprend, dans le cadre de la méthode des éléments finis, les concepts de base de la méthode VOF (Volume Of Fluid). Le modèle développé allie donc souplesse de discrétisation géométrique caractéristique de la méthode des éléments finis, au principe de localisation de la surface libre mobile, sur un maillage fixe, par une technique de type VOF.

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Al, Isber Aziz. "Modélisation de l'écoulement instationnaire décollé à la traversée d'un diaphragme par la méthode des vortex aléatoires". Toulouse, ENSAE, 1991. http://www.theses.fr/1991ESAE0002.

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Abstract (sommario):

La méthode des vortex aléatoires est appliquée à la simulation de l'écoulement instationnaire à la traversée d'un diaphragme. La géométrie axisymétrique étudiée nécessite l'extension des concepts, plans aux éléments tourbillonnaires du type ruban et d'anneaux. Grâce à une réduction importante du temps de calcul, des comparaisons avec les résultats expérimentaux à partir d'un fichier de 1000 pas de temps ont été réalisées. Elles portent sur la description physique de l'écoulement (visualisation qualitative des structures tourbillonnaires), sur les champs de vitesse et de pression ainsi que sur les corrélations et analyses spectrales. Ces comparaisons quantitatives sont très satisfaisantes, grâce à l'incorporation dans le modèle d'un mécanisme de réduction temporelle de la circulation des anneaux tourbillonnaires.

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Morente, Antoine. "Développement d'une méthode de pénalisation pour la simulation d'écoulements liquide-bulles". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19922/1/MORENTE_Antoine.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce travail est dédié au développement d'une méthode numérique pour la simulation des écoulements liquide-bulles. La présence des bulles dans l'écoulement visqueux et incompressible est prise en compte via une méthode de pénalisation. Dans cette représentation Euler-Lagrange, les bulles supposées indéformables et parfaitement sphériques sont assimilées à des objets pénalisés interagissant avec le fluide. Une méthode VOF (Volume Of Fluid) est employée pour le suivi de la fonction de phase. Une adaptation de la discrétisation des équations de Navier-Stokes est proposée afin d'imposer la condition de glissement à l'interface entre le liquide et les bulles. Une méthode de couplage entre le mouvement des bulles et l'action du liquide est proposée. La stratégie de validation est la suivante. Dans un premier temps, une série de cas-tests est proposée; les objets pénalisés sont supposés en non-interaction avec le fluide. L'étude permet d'exhiber la convergence et la précision de la méthode numérique. Dans un second temps le couplage est testé via deux types de configurations de validation. Le couplage est d'abord testé en configuration de bulle isolée, pour une bulle en ascension dans un liquide au repos pour les Reynolds Re=17 and Re=71. Les résultats sont comparés avec la théorie établie par la corrélation de Mei pour les bulles sphériques propres décrivant intégralement la dynamique de la bulle. Enfin, des simulations en configurations de nuage de bulles sont présentées, pour des populations mono- et bidisperses dans un domaine entièrement périodique pour des taux de vide s'établissant entre 1% et 15%. Les statistiques fournies par les simulations caractérisant l'agitation induite par les bulles sont comparées à des résultats expérimentaux. Pour les simulations de nuages de bulles bidisperses, de nouveaux résultats sont présentés.

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Zhong, Guoming. "Contribution à l'étude de l'adsorption dans une colonne : modélisation et simulation numérique". Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD373.

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Abstract (sommario):

Cette thèse présente une étude de l'adsorption dans une colonne. Les principaux résultats obtenus sont : 1) un modèle général d'adsorption dans une colonne soumise à un écoulement de Darcy a été établi. La simulation numérique faisant appel à une méthode des différences finies a montré l'importance de la cinétique d'adsorption dans la réponse dynamique d'une colonne. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux donne un bon accord pour un gaz non adsorbable (hélium) et un gaz adsorbable (méthanol), l'adsorbant étant le charbon actif. 2) une approche originale de l'adsorption dans une colonne sous l'écoulement de Darcy a été développée à partir de la méthode asymptotique, ce qui permet d'obtenir une solution analytique du système non linéaire. 3) l'influence de la résistance aux transferts dans une colonne sur la détermination du coefficient de diffusion de masse par la gravimétrie. La corrélation entre le coefficient de diffusion erroné, la résistance et l'effet thermique a été formulée en utilisant soit la transformation de Laplace soit la simulation numérique. 4) une nouvelle méthode : méthode gravimétrique sur colonne, pour déterminer le coefficient de diffusion a été proposée. Son principe est de déduire la diffusivité de la variation de masse adsorbée dans une colonne chromatographique au cours du temps. Cette méthode devrait théoriquement présenter beaucoup d'avantage par rapport à certaines méthodes existantes.

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Duarte, Max. "Méthodes numériques adaptatives pour la simulation de la dynamique de fronts de réaction multi-échelles en temps et en espace". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00667857.

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Abstract (sommario):

Nous abordons le développement d'une nouvelle génération de méthodes numériques pour la résolution des EDP évolutives qui modélisent des phénomènes multi-échelles en temps et en espace issus de divers domaines applicatifs. La raideur associée à ce type de problème, que ce soit via le terme source chimique qui présente un large spectre d'échelles de temps caractéristiques ou encore via la présence de fort gradients très localisés associés aux fronts de réaction, implique en général de sévères difficultés numériques. En conséquence, il s'agit de développer des méthodes qui garantissent la précision des résultats en présence de forte raideur en s'appuyant sur des outils théoriques solides, tout en permettant une implémentation aussi efficace. Même si nous étendons ces idées à des systèmes plus généraux par la suite, ce travail se focalise sur les systèmes de réaction-diffusion raides. La base de la stratégie numérique s'appuie sur une décomposition d'opérateur spécifique, dont le pas de temps est choisi de manière à respecter un niveau de précision donné par la physique du problème, et pour laquelle chaque sous-pas utilise un intégrateur temporel d'ordre élevé dédié. Ce schéma numérique est ensuite couplé à une approche de multirésolution spatiale adaptative permettant une représentation de la solution sur un maillage dynamique adapté. L'ensemble de cette stratégie a conduit au développement du code de simulation générique 1D/2D/3D académique MBARETE de manière à évaluer les développements théoriques et numériques dans le contexte de configurations pratiques raides issue de plusieurs domaines d'application. L'efficacité algorithmique de la méthode est démontrée par la simulation d'ondes de réaction raides dans le domaine de la dynamique chimique non-linéaire et dans celui de l'ingénierie biomédicale pour la simulation des accidents vasculaires cérébraux caractérisée par un terme source "chimique complexe''. Pour étendre l'approche à des applications plus complexes et plus fortement instationnaires, nous introduisons pour la première fois une technique de séparation d'opérateur avec pas de temps adaptatif qui permet d'atteindre une précision donnée garantie malgré la raideur des EDP. La méthode de résolution adaptative en temps et en espace qui en résulte, étendue au cas convectif, permet une description consistante de problèmes impliquant une très large palette d'échelles de temps et d'espace et des scénarios physiques très différents, que ce soit la propagation des décharges répétitives pulsées nanoseconde dans le domaine des plasmas ou bien l'allumage et la propagation de flammes dans celui de la combustion. L'objectif de la thèse est l'obtention d'un solveur numérique qui permet la résolution des EDP raides avec contrôle de la précision du calcul en se basant sur des outils d'analyse numérique rigoureux, et en utilisant des moyens de calculs standard. Quelques études complémentaires sont aussi présentées comme la parallélisation temporelle, des techniques de parallélisation à mémoire partagée et des outils de caractérisation mathématique des schémas de type séparation d'opérateur.

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Cunha, Guilherme. "Optimisation d'une méthodologie de simulation numérique pour l'aéroacoustique basée sur un couplage faible des méthodes d'aérodynamique instationnaire et de propagation acoustique". Thesis, Toulouse, ISAE, 2012. http://www.theses.fr/2012ESAE0028/document.

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Abstract (sommario):

Le présent travail a consisté à évaluer, améliorer et valider plus avant une méthode de couplage faible CFD/CAA, notamment relativement à son application à des problèmes réalistes de bruit avion. Entre autres choses, il a été ici montré dans quelle mesure une telle méthode hybride peut effectivement (i) s’accommoder des contraintes inhérentes aux applications réalistes, (ii) sans être menacée par certains de ses inévitables effets de bord (tels que la dégradation du signal auxquelles sont soumises les données CFD, lorsqu’elles sont traitées ou exploitées acoustiquement)
The present work consisted in improving, assessing and validating further the CFD/CAA surface weak coupling methodology, with respect to its application to realistic problems of aircraft noise. In particular, it was here shown how far such hybrid methodology could (i) cope with all stringent constraints that are dictated by real-life applications, (ii) without being jeopardized by some of the unavoidable side-effects (such as the signal degradation to which CFD data are subjected, when processed or being then acoustically exploited)

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