Rozprawy doktorskie na temat „Simulation directe numérique”
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Rueda, Villegas Lucia. "Simulation numérique directe de l'effet Leidenfrost". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://oatao.univ-toulouse.fr/14177/1/rueda.pdf.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Lorsqu'une goutte impacte une surface chaude dont la température est bien plus élevée que la température d'ébullition du liquide, une couche de vapeur se forme et elle lévite au dessus de la surface: ce phénomène est appelé "Effet Leidenfrost". Dans cette étude, un nouvel algorithme permettant de modéliser les régimes d'évaporation et d'ébullition à l'interface liquide/gaz a été développé. En effet, dans certaines situations où les conditions thermodynamiques à l'interface sont très hétérogènes, la distinction entre les régimes d'évaporation et d'ébullition n'est pas toujours possible. C'est le cas de l'impact d'une goutte sur une surface chaude en régime de Leidenfrost. Dans ce cas, l'ébullition se produit dans le film de vapeur saturée piégé entre la goutte et la paroi, tandis que sur le dessus la goutte s'évapore au contact de l'air ambiant. De ce fait, l'ébullition et l'évaporation peuvent survenir simultanément dans différentes régions de la goutte. Les méthodes numériques classiques ne sont pas en mesure de prendre en compte ce régime transitoire. Par conséquent, un nouvel algorithme a été développé pour y parvenir. Cet algorithme a été utilisé pour simuler le rebond d'une goutte axisymétrique en régime de Leidenfrost. Les résultats sont ensuite comparés à des données expérimentales.
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Voronetska, Kateryna. "Simulation numérique directe des écoulements à phases dispersées". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14507/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Dans l'industrie du pétrole et des moteurs, les écoulements de fluides non-miscibles sont fréquemment rencontrés : écoulements d'hydrocarbures dans les conduites, séparation en production, injection de carburant dans les moteurs, procédés de raffinage, etc.Pour modéliser ce type d'écoulement, deux approches sont possibles. Soit l'écoulement est décrit de façon macroscopique et les phénomènes locaux (rupture et coalescence des gouttes, glissement des phases, compaction locale, etc.) sont modélisés à l'aide de lois de fermeture analytiques ou empiriques. Soit l'écoulement est modélisé de manière directe à l'échelle de la goutte et on s'attache à décrire précisément l'interface et les interactions entre les phases. C'est cette dernière approche que nous avons proposé d'adopter pour étudier des écoulements à phase dispersée liquide-liquide, et plus particulièrement les phénomènes de rupture et coalescence, collision ou déformation de gouttes. Ainsi, le but principal de ce travail de thèse a été le développement d'un code de simulation numérique directe capable de modéliser un écoulement diphasique liquide-liquide, afin d'étudier en détail les effets de coalescence et de rupture entre les gouttes. Ce travail a nécessité l’utilisation d’une technique de suivi d’interface appropriée et le développement d’un solveur des équations de Navier-Stokes incompressible pour calculer le champ de vitesse, ainsi qu’une méthode de couplage entre ces deux solveurs pour la simulation des écoulements diphasiques. Notre outil numérique a été validé sur de nombreux cas tests académiques et appliqué à l'étude du processus de séparation liquide-liquideThe flow of immiscible fluids is a frequent issue in the petroleum industry: hydrocarbon in pipelines, separation process for production, fuel injection in engines, refinery treatment processes, etc.There are two possible approaches to model this type of flow. In the first one, the flow is described macroscopically. In this case, local phenomena (breakage or coalescence of droplets, phase slip, local compaction) are modeled thanks to analytic closure laws or empiric laws. In the second approach, the flow is simulated indirectly on a scale of droplet and we want to describe precisely the interface and the interactions between phases. We propose here to consider the second method to study liquid/liquid dispersed flows and especially the phenomena of breakage or coalescence and collision or distortion of the droplets.Thus, the main purpose of this work was the development of a direct numerical simulation code that is capable to model a liquid-liquid two-phase flow, in order to study in detail the effects of droplets coalescence and breakage. To model a two-phase flow, it is necessary to choose an appropriate interface tracking method and to develop a solver for Navier-Stokes incompressible equations to compute the velocity and pressure values. Also, a coupling method that is able to handle the discontinuous quantities at the interface has to be implemented. Our numerical tool has been validated on numerous academic test cases and applied to study the process of liquid-liquid separation
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Le, Martelot Sébastien. "Contribution à la simulation numérique directe de l'ébullition". Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4758/document.
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Faisant partie des recherches menées dans le cadre du développement du moteur cryogénique Vinci, prévu pour propulser le dernier étage d'Ariane 6, cette thèse a pour objectif la simulation numérique directe (DNS) de la croissance de bulles de vapeur en paroi.La réalisation de ce type de simulation nécessite que les effets physiques internes aux phases et les interactions entre phases soient correctement modélisés et résolus. Pour cela, des modèles et des schémas numériques adaptés à ce type d'écoulement sont mis au point et ce, couplés à des maillages suffisamment fins pour pouvoir résoudre la structure de l'écoulement et des zones de forts gradients, en particulier à l'interfacePart of the researches concerning the Vinci cryogenic engine, created to propel the last part of Ariane 6, the main goal of this thesis is the direct numerical simulation of boiling flows.Simulation this kind of flow requires the modelling and the resolution of the multiple internal physical effects as well as phases interactions. To achieve this goal, we created models and numerical schemes suited to the boiling flows. The method is used on fine meshes in order to be able to resolve the flow structure, essentially at the interface
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Zuzio, Davide. "Simulation numérique directe d'écoulements diphasiques avec maillage auto adaptatif". Phd thesis, Ecole nationale superieure de l'aeronautique et de l'espace, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00630136.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
L'objet de cette thèse a été d'étudier la simulation numérique directe d'écoulements diphasiques de fluides non miscibles, incompressibles et isothermes avec la technique du raffinement adaptatif local de maillage. La résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles est faite par le biais d'une méthode de projection explicite. La capture de l'interface est réalisée explicitement par la méthode Level Set. L'utilisation de la méthode Ghost Fluid pour le traitement des conditions de saut permet la résolution couplée des deux fluides. Le maillage adaptatif a été implémenté avec les librairies parallèles PARAMESH. Celles-ci gèrent la création d'un maillage construit par blocs qui peuvent être bissectés de façon récursive afin d'obtenir la résolution désirée. Les blocs ont tous le même nombre de cellules, ce qui permet une répartition efficace de la charge de travail en parallle. Un ensemble d'outils nécessaires à une correcte résolution des équations ont été développés, à partir d'un robuste solveur elliptique BiCG-stab préconditionné par méthode multigrille. Le code a été vérifié sur des cas tests académiques capable de maintenir la précision sur les grilles plus fines. Les performances du code en termes de réduction de charge de travail et d'efficacité de la parallelisation ont été également illustrées. Le code a été enfin testé sur la désintégration assistée d'une nappe liquide bidimensionnelle cisaillée par des courants gazeux à haute vitesse. Le code s'est avéré capable de retrouver certains phénomènes physiques comme l'oscillation longitudinale de la nappe, ainsi que de permettre une simulation multi échelles, ce qui permet de plus se rapprocher des conditions des injecteurs réels.
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Komiwes, Vincent. "Simulation numérique directe d'écoulements granulaires en présence de fluide". Paris 6, 1999. http://www.theses.fr/1999PA066268.
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Benjeddou, Saïd. "Simulation numérique directe des gaz fortement chauffés et approximation polytropique". Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX22088.
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Roblin, Simon. "Etude numérique de l'auto-inflammation des solides par simulation numérique directe : application au polyméthacrylate de méthyle". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0023/document.
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La propagation des incendies à l’échelle de locaux et de villes est un enjeu majeur. Elle est notamment conditionnée par l’inflammation des matériaux dans les locaux attenants au sinistre. Cette dernière résulte de l’allumage du mélange gazeux combustible issu de la décomposition thermique de la phase condensée.Deux types d’inflammation sont définis dans la littérature : l’inflammation pilotée par la présence d’une source d’allumage, et l’auto-inflammation, résultant de l’emballement de la réaction dans la phase gazeuse. L’auto-inflammation joue un rôle majeur dans le contexte d’une propagation de local à local. Toutefois, ce processus n’a été que très peu étudié expérimentalement du fait de sa complexité et seules des analyses théoriques sont aujourd’hui disponibles concernant les phénomènes en jeu.L’enjeu de la présente étude est de caractériser les régimes d’autoallumage en fonction de différentes typologies de solide (comportement thermique et cinétique), afin de mieux comprendre leurs processus et leurs conditions d’occurrence. Cette compréhension fine permet alors de développer des modèles plus globaux de propagation pour une considération déterministe du risque incendie à l’échelle urbaine.Le caractère bref et local de l’auto-inflammation impose le choix d’une méthode de résolution complète des écoulements, des transferts et de la chimie. La Simulation Numérique Directe (DNS) a donc été sélectionnée afin de capter ces phénomènes, avec l’introduction d’une cinétique fine et non infiniment rapide de la décomposition thermique et de la combustionFire propagation on the scale of buildings and cities is a major stake. It is conditioned by the ignition of solid fuels in rooms adjacent to the one where the disaster originally takes place. The ignition is so piloted by the initiation of the combustion reaction of the gaseous mixture stemming from the thermal decomposition of the condensed phase induced by heat transfer.Two types of ignition are defined in the literature: piloted-ignition related to the presence of a hot spot and auto-ignition resulting from the thermal runaway within the gas phase. The auto-ignition plays a major role in the context of fire spread between rooms. However, this process has been very little experimentally studied, because of its complexity, and only theoretical analyses were lead concerning the phenomena which take place during solid fuels auto ignition.The aim of the present study is to characterize auto-ignition regimes according to various solid typologies (regarding to thermal and kinetic behaviour) in order to understand better their processes and their occurrence conditions. Thereby, this fine understanding allows to develop global models of fire spread for a deterministic consideration of the fire hazards at urban scale.The brief and local character of the auto-ignition requires the choice of a complete resolution for flows, transfers and chemistry. Thus, the Direct Numerical Simulation (DNS) was selected to capture the phenomena, with the introduction of a fine and non-infinitely fast chemistry of thermal decomposition and combustion
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Caudal, Jean. "Simulation numérique du reformage autothermique du méthane". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00862538.
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Le syngas est un mélange gazeux de CO et H2 qui constitue un intermédiaire important dans l'industrie pétrochimique. Plusieurs approches sont utilisées pour le produire. L'oxydation partielle non catalytique (POX) et le reformage à la vapeur (SMR) en font partie. Le reformage auto thermique du méthane (ATR) combine quant à lui ces deux procédés au sein d'un même réacteur. L'amélioration du rendement global du procédé ATR requiert une meilleure caractérisation du comportement des gaz au sein de la chambre. La simulation numérique apparaît comme un outil efficace pour y parvenir. Pour réduire le coût CPU, c'est généralement l'approche RANS (Reynolds Average Numerical Simulation) qui est privilégiée pour la simulation complète de la chambre. Cette approche repose sur l'utilisation de modèles, parmi lesquels le modèle de combustion turbulente, qui a pour objectif de représenter les interactions entre la turbulence et la réaction chimique au sein du mélange. Plusieurs stratégies ont été proposées pour le calculer, qui bénéficient globalement d'une large expérience pour les systèmes classiques mettant en jeu la combustion. Cependant, les flammes observées dans les réacteurs ATR présentent des propriétés assez différentes de ces configurations classiques. La validité des modèles de combustion turbulente classiques doit donc y être vérifiée. L'objectif de cette thèse est de répondre à ce besoin, en testant la validité de différents modèles de combustion turbulente. La première partie du travail a consisté à analyser les propriétés des flammes CH4/O2 enrichies en vapeur d'eau à haute pression, et a notamment permis le développement d'une méthode d'évaluation des temps caractéristiques d'un système chimique. Dans un deuxième temps, une expérience numérique à l'aide d'un code DNS a été réalisée, afin de servir de référence pour tester a priori sur des configurations ATR plusieurs modèles RANS de combustion turbulente couramment utilisés dans le milieu industriel.
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Noël, Emeline. "Simulation numérique directe d'écoulements à l'aide d'une méthode de frontière immergée". Phd thesis, INSA de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845203.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Les travaux menés, depuis plusieurs années, au CORIA ont abouti à la construction d'un outil numérique (ARCHER) permettant la simulation numérique directe d'écoulements diphasiques et notamment l'atomisation d'un jet liquide à haute vitesse. Ce type de simulation permet de capturer les phénomènes d'atomisation au voisinage de l'injecteur difficilement caractérisables par les outils expérimentaux actuels. Ces simulations requièrent des conditions d'injection délicates à évaluer a priori car elles dépendent des caractéristiques de l'écoulement au sein de l'injecteur. Or, certains jets présentent une grande sensibilité à ces conditions d'injection. Dès lors, il est nécessaire de simuler l'écoulement au sein de l'injecteur afin d'appréhender la nature de cette sensibilité. L'utilisation d'un maillage cartésien par le code ARCHER conjuguée à la volonté de simuler le système d'atomisation dans son ensemble ont orienté ces travaux vers l'utilisation d'une méthode de frontière immergée. Ces travaux ont ainsi permis de reproduire des écoulements au sein d'injecteurs de forme quelconque tout en conservant le maillage cartésien d'origine, précieux tant pour l'efficacité du solveur que pour sa précision. Dans un premier temps, l'implantation dans le code ARCHER d'une méthode de frontière immergée a été réalisée et testée sur des configurations de canal et de conduite et de l'écoulement autour d'un cylindre. L'application de cette méthode a porté sur la simulation de l'écoulement au sein d'un injecteur triple disque mono-trou et a notamment permis de caractériser l'origine de l'écoulement secondaire formé dans l'orifice de décharge. Afin d'évoluer vers la construction d'un outil numérique capable de simuler le système d'atomisation dans son ensemble, un couplage entre la méthode de frontière immergée et la méthode Ghost fluid a été nécessaire. La version bi-dimensionnelle développée a été testée sur la relaxation d'une goutte posée sur une paroi. Cette version a permis de simuler des écoulements au sein de canaux à différents rapports de longueur sur diamètre et l'écoulement au sein d'une buse convergente. La simulation simultanée de l'écoulement interne et externe a permis de lier les fluctuations de vitesses des écoulements internes à la création de surface engendrée sur les écoulements externes.
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Harribey, Thibault. "Simulation numérique directe de la turbulence en présence d'une paroi ablatable". Toulouse, ISAE, 2011. http://www.theses.fr/2011ESAE0010.
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Lorsqu’une sonde rentre dans l’atmosphère à une vitesse hypersonique, le bouclier thermique reçoit plusieurs centaines de MW. M−2. Ce flux est absorbé par la paroi (composite C/C) grâce à des réactions physico-chimiques (oxydation, sublimation, etc. ). Les expériences de jet de plasma révèlent que cette perte de matière s’accompagne de l’apparition de rugosités spécifiques lorsque le régime de l’écoulement est turbulent. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif de caractériser, à la plus petite échelle de la turbulence (échelle de Kolmogorov), l’interaction entre l’écoulement turbulent et une paroi ablatable afin de mieux évaluer la formation de ces rugosités. La première phase de ce travail a ainsi consisté en la validation physique des phénomènes turbulents simulés, d’abord en configuration périodique puis en présence de surfaces de blocage pariétal. Pour cela, nous avons développé et adapté à une configuration de présence de paroi, une méthode de forçage spectral de la turbulence dont nous validons l’implémentation. Pour cela, un traitement statistique des résultats a été élaboré pour prendre en compte le caractère aléatoire de la turbulence. L’étude de l’évolution structurelle du matériau ablaté, couplé à un champ de vitesse turbulent, démontre alors l’influence du nombre de Reynolds de turbulence et de la taille des structures porteuses d’énergie, sur la vitesse de récession de la paroi et les motifs rugueux observés.
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Duquennoy, Christophe. "Développement d'une approche de simulation numérique directe de l'ébullition en paroi". Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT032H.
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Pour réaliser une simulation numérique directe des écoulements diphasiques avec changement de phase, il faut pouvoir localiser à tout instant la position de l'interface liquide-vapeur. De plus, il est nécessaire de décrire précisément les transferts de masse et de chaleur qui apparaissent à l'interface. Dans ce travail, nous développons un modèle numérique dédié à ce type d'écoulements. Ce modèle repose sur une méthode de suivi d'interface culérienne qui consiste à suivre le déplacement de l'interface par rapport à une grille fixe. Une des limitations de ce type de méthodes est qu'elles introduisent un épaississement numérique artificiel de l'interface qui rend peu claire la physique régissant l'écoulement au sein de cette zone interfaciale. Afin de clarifier cette physique, nous proposons une mise en équation basée sur une sommation et un filtrage des équations locales instantanées dans les deux phases. Ceci nous permet de mettre en évidence un certain nombre d'hypothèses implicitement faites par la majorité des méthodes culériennes. Nous proposons, par ailleurs, une modélisation physique des termes sources qui apparaissent dans ces équations et un algorithme pour les résoudre. Des simulations sont réalisées à partir de ce modèle numérique et permettent de démontrer son aptitude à traiter des problèmes avec ou sans changement de phase. Le modèle est, par ailleurs, complété pour pouvoir prendre en compte l'interaction entre une paroi solide et l'interface liquide-gaz. Ce modèle de déplacement de la ligne triple est validé qualitativement dans des cas sans changement de phase et donne des résultats en bon accord avec l'expérience. Notre modèle est finalement appliqué à la simulation de la croissance d'une bulle sur une paroi chauffée. Les résultats obtenus montrent que le modèle développé dans le cadre de ce travail constitue un outil performant pour l'étude des mécanismes locaux de l'ébullition en paroi.
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Hilka, Martin. "Simulation numérique directe et modélisation de la pollution des flammes turbulentes". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1999. http://www.theses.fr/1998ECAP0640.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Cette thèse a pour objectif d'améliorer les connaissances et les modèles de la combustion turbulente prémélangée et en particulier de la formation des polluants dans les flammes turbulentes. Basée sur une approche de simulation numérique directe, bâtie autour du code NTMIX-CHEMKIN et en tenant compte de cinétiques chimiques complexes, nous avons étudié, d'une part, l'interaction d'une flamme de prémélange plane avec une paire de tourbillons, d'autre part, l'interaction flamme turbulence sur la base d'une turbulence homogène isotrope bidimensionnelle. Les résultats de ces études montrent l'inadéquation de certains schémas cinétiques pour la description de l'interaction flamme-tourbillons et donc, à fortiori, pour l'interaction flamme-turbulence. On trace également l'évolution de grandeurs caractéristiques telles que le taux de dégagement de chaleur et l'émission lumineuse au cours de l'interaction. L'étude de flammes turbulentes montre le rôle du monoxyde de carbone en tant qu'intermédiaire clé entre l'oxydation du combustible méthane et la formation du dioxyde de carbone. On observe également que la formation instantanée du monoxyde d'azote no dans une flamme turbulente suit la même dépendance de la température que celle d'une flamme laminaire et peut donc être modélisée en faisant intervenir la fonction de densité de probabilité de la température de l'écoulement turbulent. Par ailleurs, l'analyse statistique des flammes avec une cinétique chimique complexe montre qu'il n'est pas possible d'obtenir les propriétés représentatives d'une surface de flamme à partir d'un seul iso-contour d'une variable caractéristique. L'exploitation de résultats de simulation numérique directe pour ce type de modèles de combustion nécessite l'introduction de grandeurs globales, définies ici par intégration perpendiculaire au front de flamme.
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Noël, Emeline. "Simulation numérique directe d’écoulements à l’aide d’une méthode de frontière immergée". Thesis, Rouen, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAM0020/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Les travaux menés, depuis plusieurs années, au CORIA ont abouti à la construction d’un outil numérique (ARCHER) permettant la simulation numérique directe d’écoulements diphasiques et notamment l’atomisation d’un jet liquide à haute vitesse. Ce type de simulation permet de capturer les phénomènes d’atomisation au voisinage de l’injecteur difficilement caractérisables par les outils expérimentaux actuels. Ces simulations requièrent des conditions d’injection délicates à évaluer a priori car elles dépendent des caractéristiques de l’écoulement au sein de l’injecteur. Or, certains jets présentent une grande sensibilité à ces conditions d’injection. Dès lors, il est nécessaire de simuler l’écoulement au sein de l’injecteur afin d’appréhender la nature de cette sensibilité. L’utilisation d’un maillage cartésien par le code ARCHER conjuguée à la volonté de simuler le système d’atomisation dans son ensemble ont orienté ces travaux vers l’utilisation d’une méthode de frontière immergée. Ces travaux ont ainsi permis de reproduire des écoulements au sein d’injecteurs de forme quelconque tout en conservant le maillage cartésien d’origine, précieux tant pour l’efficacité du solveur que pour sa précision. Dans un premier temps, l’implantation dans le code ARCHER d’une méthode de frontière immergée a été réalisée et testée sur des configurations de canal et de conduite et de l’écoulement autour d’un cylindre. L’application de cette méthode a porté sur la simulation de l’écoulement au sein d’un injecteur triple disque mono-trou et a notamment permis de caractériser l’origine de l’écoulement secondaire formé dans l’orifice de décharge. Afin d’évoluer vers la construction d’un outil numérique capable de simuler le système d’atomisation dans son ensemble, un couplage entre la méthode de frontière immergée et la méthode Ghost fluid a été nécessaire. La version bi-dimensionnelle développée a été testée sur la relaxation d’une goutte posée sur une paroi. Cette version a permis de simuler des écoulements au sein de canaux à différents rapports de longueur sur diamètre et l’écoulement au sein d’une buse convergente. La simulation simultanée de l’écoulement interne et externe a permis de lier les fluctuations de vitesses des écoulements internes à la création de surface engendrée sur les écoulements externesSince several years, the research conducted at the CORIA laboratory led to the development of a numerical tool (ARCHER) alllowing direct numerical simulations of two phase flows. In particular, the simulations of high speed liquid jet primary break-up have been strongly investigated. These simulations are able to capture primary break-up phenomena near the nozzle exit where experimental characterisations are difficult to conduct. These simulations need injection conditions tricky to gauge a priori, since they depend on the flow characteristics inside the nozzle. Moreover, some jets are highly sensitive to these injection conditions. Therefore, it becomes necessary to simulate the flow inside the nozzle to better understand this sensitive nature. The objective to simulate the whole atomization system guided the present work dedicated to the use of an immersed boundary method (IBM). Such an approach allows reproducing flows inside nozzles of arbitrary shape while keeping the original cartesian mesh valuable for numerical efficiency and accuracy. As a first step, the implementation of an IBM in ARCHER was carried out and tested on channels, pipes and uniform flows past a circular cylinder. An industrial application focused on the flow inside a triple disk compound injector. This work led to a refined description of the secondary flow origin in the discharge hole. In order to move towards the design of a numerical tool able to simulate the whole injection system, a coupling between IBM and the Ghost Fluid Method (GFM) has been found necessary. This allows accounting for two phase flows inside the nozzle where the dynamics of the triple line has to be considered. The bidimensional developments have been tested on drops released on walls. This version enabled to simulate flows inside channels with different ratios of length over diameter and the flow inside a convergent nozzle. The simultaneous computation of flows inside and outside nozzle has enabled to link the velocity fluctuations of internals flows to the surface setting-up gene-rated on external flows
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Solak, Ilkay. "Simulation numérique directe et analyse des grandes échelles d'une couche limite turbulente". Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I029/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Cette étude est à l’intersection de deux problématiques que sont (i) la description des structures cohérentes d’une couche limite turbulente et (ii) les méthodes numériques adaptées pour le calcul haute performance de ces écoulements. Les principaux objectifs sont de caractériser les grandes structures de la turbulence et de développer de nouveaux outils numériques pour la simulation de couches limites turbulentes. Une nouvelle simulation numérique directe de couche limite turbulente de plaque plane est réalisée avec le code Incompact3d. Une relation entre les structures cohérentes attachées à la paroi et le spectre d'énergie dans une couche limite turbulente est établie et comparée à une étude antérieure basée sur des résultats expérimentaux. Une application particulière de la méthode de squelettisation est proposée pour établir des statistiques plus précises des structures cohérentes de la turbulence. Les statistiques des structures grandes échelles de vitesse longitudinale (LSM) et les différents composantes des tensions de Reynolds turbulent instantanées (quadrants) sont comparées. Dans un second temps, un nouveau module de tests est implémenté dans le solveur Navier-Stokes incompressible développé en interne. La performance de ce nouveau code est analysée. Les problèmes de stabilité à nombre de Reynolds élevé sont abordés et certaines solutions sont proposéesThis work lies at the intersection of two problems concerning turbulence (i) the description of coherent structures of turbulent boundary layer flow and (ii) the numerical methods for high-performance computing of these flows. The main objectives are to analyze coherent structures and to develop new numerical tools to be used in turbulence research with a special focus on the turbulent boundary layers. A new direct numerical simulation of a turbulent boundary layer flow over a flat plate is conducted with the code Incompact3d. A relationship between attached flow structures and the streamwise energy spectra in a turbulent boundary layer has been established similarly to an earlier experimental study. A novel application of the skeletonization method is proposed to obtain detailed statistics of coherent structures. Statistics of large-scale motions (LSM) and Reynolds Shear Stress quadrant structures are compared. In the second part, a new test-suite is implemented to the in-house incompressible Navier-Stokes solver. Performance of the code is analyzed. The stability problems at high Reynolds numbers are addressed and some solutions are proposed
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Solak, Ilkay. "Simulation numérique directe et analyse des grandes échelles d'une couche limite turbulente". Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2018. http://www.theses.fr/2018LILUI029.
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Cette étude est à l’intersection de deux problématiques que sont (i) la description des structures cohérentes d’une couche limite turbulente et (ii) les méthodes numériques adaptées pour le calcul haute performance de ces écoulements. Les principaux objectifs sont de caractériser les grandes structures de la turbulence et de développer de nouveaux outils numériques pour la simulation de couches limites turbulentes. Une nouvelle simulation numérique directe de couche limite turbulente de plaque plane est réalisée avec le code Incompact3d. Une relation entre les structures cohérentes attachées à la paroi et le spectre d'énergie dans une couche limite turbulente est établie et comparée à une étude antérieure basée sur des résultats expérimentaux. Une application particulière de la méthode de squelettisation est proposée pour établir des statistiques plus précises des structures cohérentes de la turbulence. Les statistiques des structures grandes échelles de vitesse longitudinale (LSM) et les différents composantes des tensions de Reynolds turbulent instantanées (quadrants) sont comparées. Dans un second temps, un nouveau module de tests est implémenté dans le solveur Navier-Stokes incompressible développé en interne. La performance de ce nouveau code est analysée. Les problèmes de stabilité à nombre de Reynolds élevé sont abordés et certaines solutions sont proposéesThis work lies at the intersection of two problems concerning turbulence (i) the description of coherent structures of turbulent boundary layer flow and (ii) the numerical methods for high-performance computing of these flows. The main objectives are to analyze coherent structures and to develop new numerical tools to be used in turbulence research with a special focus on the turbulent boundary layers. A new direct numerical simulation of a turbulent boundary layer flow over a flat plate is conducted with the code Incompact3d. A relationship between attached flow structures and the streamwise energy spectra in a turbulent boundary layer has been established similarly to an earlier experimental study. A novel application of the skeletonization method is proposed to obtain detailed statistics of coherent structures. Statistics of large-scale motions (LSM) and Reynolds Shear Stress quadrant structures are compared. In the second part, a new test-suite is implemented to the in-house incompressible Navier-Stokes solver. Performance of the code is analyzed. The stability problems at high Reynolds numbers are addressed and some solutions are proposed
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Xavier, Thibault. "Simulation numérique directe de l’impact de SLD (Supercooled Large Droplet) sur une paroi". Thesis, Toulouse, ISAE, 2020. http://www.theses.fr/2020ESAE0008.
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La lutte contre la formation de givre en vol est un enjeu majeur en aéronautique en tant que source majeured'accidents. Lors de la collision avec les gouttes d'eau surfondue présentes dans les nuages, l'accrétion de givre engendrée peut détériorer les performances aérodynamiques de l'appareil ou obstruer les capteurs. Dans ce contexte,la compréhension détaillée du processus d'impact de goutte est encouragée par l'évolution des normes de certification pour adapter les dispositifs de protection. L'utilisation d'un outil de simulation numérique directe (DNS)permet d'accéder à des grandeurs physiques difficilement accessibles par l'expérience et de fournir des donnéespour la modélisation. Néanmoins, les impacts à haute vitesse demandent des méthodes numériques à la foisprécises, conservatives et robustes tout en exigeant un coût de simulation élevée. Dans cette thèse, on contribue àla compréhension de la physique de l'impact de goutte à basse et haute vitesse sur différents types de cible, paroissèche ou mouillée. Ceci est fait à travers le développement et l'utilisation du code DNS DYJEAT, qui résoutles équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques. Une approche centrée sur les méthodes Level-Set etVolume-of-Fluid permettent de répondre aux défis de ce type de simulation. A l'aide de ce code, on étudie d'abordle phénomène d'étalement en implémentant une modélisation des effets capillaires en paroi. On s'intéresse parla suite à la formation d'une couronne liquide lors d'un impact sur une épaisseur liquide. L'instrumentation ducode réalisée permet de caractériser finement la couronne et les structures secondaires formées lors de l'impact.A partir du post-traitement d'expériences à haute vitesse menées à l'ONERA, on a réalisé une campagne desimulations sur des configurations à haute énergie, jusqu'à présent peu explorées en littérature. Ces campagnesde calculs permettent en particulier d'explorer l'effet de la nature de la paroi, de l'angle d'impact ou de la pressionambiante sur le phénomène de splash. Ces calculs nécessitent des maillages pouvant dépasser le milliard de pointset impliquent l'adaptation des pratiques de calcul décrites aussi dans ce travail, et appliquées lors de l'utilisationdes supercalculateurs au niveau régional ou nationalIn-flight icing prevention is a major issue in the aeronautical world, since it's one of the major causes of accidents.When supercooled droplets impact the airfoil, icing accretion occurs and can dramatically deteriorate the aeronauticalperformances or obstruct sensors. In this context, a deep understanding of drop impact phenomenon isneeded to answer the new regulations from certification agencies and at the same time to improve the eficiency ofice protection devices. Using a Direct Numerical Simulation (DNS) tool allows us to provide physical quantitieshard to access by experimental means. However, high-velocity impacts demand the use of precise, conservativeand stable numerical methods, as well as high computational ressources. In this PhD, we make a contribution tothe understanding of drop impact on different targets (dry wall or liquid film) with both low and high impactvelocity. This work has been accompished by developing and using the DNS code DYJEAT based on incompressibleNavier-Stokes equations for two-phase flows. The use of both Level-Set and Volume-of-Fluid methodsallows us to cope with this numerical challenge. First, spreading phenomenon is studied by implementing a lawfor capillary effects at the triple line. Then, the crown formation following the impact on a liquid film is analyzed.Specific methods for post-processing are developed to precisely characterize both geometrical crown topology andsecondary droplets. From the analysis of high-velocity impacts recorded by ONERA lab, we devise and performa series of simulations on configurations barely addressed by now in the litterature. The influence of wettability, incidence angle and ambient pressure on splashing phenomenon are highlighted. This kind of simulation requiresheavily refined mesh surpassing the billion mesh cells. In this high-performance context, calculation practices needto be reworked to eficiently perform simulation and post-processing on supercomputer at a regional or national level
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Martinez, Ferrer Pedro José. "Simulation numérique directe dans la combustion turbulente sur une couche de cisaillement". Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00937313.
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Cette étude est consacrée à l'analyse des écoulements réactifs supersoniques cisailléset, plus particulièrement, des couches de mélange compressibles pouvant se développerdans les moteurs ramjet et scramjet. Des méthodes numériques appropriées ont été implémentéeset vérifiées pour aboutir au développement d'un code de calcul numériquemassivement parallèle, appelé CREAMS (compressible reactive multi-species solver). Cedernier a été spécialement conçu pour conduire des simulations numériques haute précision(simulations numériques directes ou DNS) de ce type d'écoulements. Une attentionparticulière a été portée à la description des termes de transport moléculaire et des termessources chimiques de façon à considérer la description physique la plus fidèle possible desmélanges des gaz réactifs à haute vitesse, au sein desquelles les temps caractéristiqueschimiques et de mélange aux petites échelles sont susceptibles d'être du même ordre degrandeur. Les simulations des couches de mélange bidimensionnelles et tridimensionnelles,inertes et réactives, confirment l'importance des effets associés à la compressibilité et autaux de dégagement de chaleur. Les résultats ainsi obtenus diffèrent en certains points deceux issus d'autres simulations qui introduisaient certaines hypothèses simplificatrices :développement temporel, emploi d'une chimie globale ou encore lois de transport simplifiées.En revanche, ils reproduisent certains tendances déjà observées dans un certainnombre d'études expérimentales conduites dans des conditions similaires.
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Duret, Benjamin. "Simulation numérique directe des écoulements liquide-gaz avec évaporation : application à l'atomisation". Phd thesis, INSA de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00971810.
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Le but de cette thèse est d'étudier numériquement les écoulements diphasiques liquide-gaz à l'aide d'une méthode de suivi d'interface précise. Tout d'abord, nous mettons en place une configuration turbulence homogène isotrope diphasique. Cette configuration est utilisée pour étudier la turbulence liquide-gaz ainsi que le modèle ELSA. A l'aide de la simulation présentée il a été possible de déterminer les constantes de modélisation et de valider les termes sources utilisés dans la zone dense du spray. Ensuite, le phénomène d'évaporation est étudié en utilisant dans un premier temps un scalaire passif puis en utilisant un formalisme DNS d'évaporation. Les équations d'énergie et des espèces ont été ajoutées dans le code ARCHER. La validation de la DNS d'évaporation a été réalisée en comparant nos résultats aux solutions théoriques, tel que la loi du D2. Les limitations et les apports de cette approche sont finalement discutés et des perspectives d'améliorations sont proposées.
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Lardeau, Sylvain. "Simulation numérique directe du contrôle d'écoulements cisaillés libres par injection de fluide". Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2328.
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Le contrôle d'écoulements cisaillés libres incompressibles (jet rond et couche de mélange plane) par un ou plusieurs petits jets soufflant dans la zone de transition à la turbulence est étudié numériquement. L'utilisation de schémas de discrétisation très précis et d'une condition d'entrée réaliste permet d'étudier l'influence du ou des jets de contrôle sur la dynamique de l'écoulement manipulé. Dans un premier temps, le contrôle d'un jet rond par deux petits jets soufflant radialement est présenté. Six configurations de contrôle sont étudiées, pour différentes orientations, avec des jets de contrôle débitant de façon stationnaire ou instationnaire. L'expansion du jet est fortement modifiée par l'injection de fluide. On observe notamment une réduction significative de la longueur du cône potentiel. Les modifications structurelles de l'écoulement principal induites par les jets de contrôle ne conduisent cependant pas à une augmentation importante de la production d'enstrophie. L'effet du contrôle sur les propriétés de mélange d'un scalaire passif est également considéré en étudiant la distribution de ce dernier. L'utilisation de jets de contrôle pulsés apparaît comme étant la configuration la plus favorable pour augmenter le mélange du scalaire passif. Une couche de mélange plane turbulente contrôlée par un seul jet soufflant de manière continue est également étudiée, afin de préciser certains phénomènes observés lors de l'étude du jet rond, comme la pénétration intermittente du jet de contrôle dans la couche cisaillée. Ces résultats sont utilisés pour construire une boucle de contrôle actif ouverte. L'écoulement manipulé est une couche de mélange plane, initiallement bidimensionnelle. Ces résultats préliminaires permettent de proposer une stratégie de contrôle plus efficace, basée à la fois sur la fréquence et la phase des structures grandes échelles de l'écoulement manipulé.
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George, Sijo. "Simulation numérique directe de la transition laminaire turbulent sur un hydrofoil flexible". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2021. http://www.theses.fr/2021ECDN0010.
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Dans cette thèse, les vibrations induites par la transition laminaire turbulent sur un hydrofoil NACA66 à un nombre de Reynolds Re=450 000 sont étudiées. Des simulations numériques directes (DNS) sont mises en place afin de prédire un écoulement de couche limite incompressible, qui sont couplées avec un hydrofoil en mouvement de rotation libre. Ainsi, un couplage fluide structure de type implicite est développé dans le code Nek5000. Du fait du caractère très amont de cette méthode, de nombreux cas de validations sont effectués, menant au cas des vibrations induites par la transition. Ensuite, les recherches se basent sur une étude paramétrique, consistant à mener des cas d’oscillation forcées (rotations imposées) et d’oscillations libres (mouvements du au chargement induit par l’écoulement). Cela permet d’analyser finement les interactions entre les vibrations de l’hydrofoil et son écoulement de couche limite transitionnel. A ce titre, de nouveaux paramètres adimensionnels sont mis en place, permettant de caractériser les interactions fluides structures sur ce type d’écoulement. Du point de vue de l’écoulement de couche limite, il a été observé que la localisation du point de transition est proportionnelle à l’amplitude des mouvements de rotation de l’hydrofoil, de sa vitesse de rotation ainsi que du ratio fréquentiel entre la fréquence Naturelle du système et la fréquence de lâchers tourbillonnaire liée à la transition. La génération d’ondes TS (premier pas vers la transition de couche limite) est aussi sensible aux vibrations. Ensuite, les résultats ont montré que les structures cohérentes formées en aval de ces ondes TS, subissent une évolution spatiale dont la longueur d’onde transversale est proportionnelle à l’épaisseur de déplacement de la couche limite. Le déplacement de la région transitionnelle vers le bord d’attaque tend à réduire les fluctuations de pressions périodiques liées à cette transition, tandis que de celle-ci devient plus étendue dans la direction de l’écoulement. Finalement, lorsque la fréquence naturelle de l'hydrofoil se rapproche de la fréquence de lâcher du bulbe (ratio fréquentiel proche de 1), il a été observé une réponse multi-fréquentielle, liée à une forte interaction entre la transition et les vibrations de l’hydrofoil. L’étude suggère que dans ce cas précis, les interactions fluides structures tendent à perturber le comportement spatio-temporel de la transition laminaire turbulent. Cette analyse doit être confirmée expérimentalement. Cependant ce phénomène a déjà été identifié lors d'une campagne de mesure menée en tunnel hydrodynamique à l’Institut de Recherche de l’École Navale (IRENav), à un nombre de Reynolds cependant plus élevéThe laminar to turbulent transition induced vibration over a NACA66 hydrofoil at Re = 450000 is investigated in this thesis. DNS is used to simulate the 3D incompressible boundary layer flow, and it is coupled with a freely pitching hydrofoil. An implicit coupling is developed within the fluid solver Nek5000. A number of cases are performed to validate this method, which lead to study the transition induced vibration. Then, a parametric study consisting of two forced and three free oscillations allowed analyzing the interactions between the vibration and the boundary layer transitional flow. A set of specific non-dimensional parameters are set, which aim at characterize the fluid structure interactions in such flow regime. From the boundary layer flow analysis, it was observed that the spatial location of the transition point is proportional to the amplitude of pitch, velocity, and frequency ratio. The generation of TS waves (the first stage of laminar to turbulent transition) is also influenced by the vibrations. It was also observed that the span wise wavelength of coherent structures (so called “hair-pin” structures” that form downstream of the TS waves) is proportional to the displacement thickness. The spatial advancement of the transition point reduces the amplitude of periodic pressure fluctuations in the transition regime. In addition, the length of the transition region is increased. Finally, a multi-scaled frequency response is observed due to the enhanced interaction between transition and pitch oscillation when the transition and natural frequencies are close to each other. The study suggests that in this case, the fluid structure interaction tends to disturb the spatio-temporal behavior of laminar to turbulent transition. Although it has to be confirmed, this phenomenon has already identified experimentally through measurements performed at the Naval Academy Research Institute (IRENav) in hydrodynamic tunnel for a higher Reynolds number case
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Dombard, Jérôme. "Simulation Numérique Directe des sprays dilués anisothermes avec le Formalisme Eulérien Mésoscopique". Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0091/document.
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Le contexte général de cette thèse est la Simulation Numérique Directe des écoulements diphasiques dilués anisothermes. Un accent particulier est mis sur la détermination précise de la dispersion des particules et du transfert de chaleur entre la phase porteuse et dispersée. Cette dernière est décrite à l’aide d’une approche Eulérienne aux moments : le Formalisme Eulérien Mésoscopique (FEM) [41, 123], récemment étendu aux écoulements anisothermes [78]. Le principal objectif de ce travail est de déterminer si ce formalisme est capable de prendre en compte de manière précise l’inertie dynamique et thermique des particules dans un écoulement turbulent, et particulièrement dans une configuration avec un gradient moyen. Le code de calcul utilisé est AVBP. La simulation numérique d’un spray dilué avec une approche Eulerienne soulève des questions supplémentaires sur les méthodes numériques et les modèles employés. Ainsi, les méthodes numériques spécifiques aux écoulements diphasiques implémentées dans AVBP [69, 103, 109] ont été testées et revisitées. L’objectif est de proposer une stratégie numérique précise et robuste qui résiste aux forts gradients de fraction volumique de particule provoqués par la concentration préférentielle [132], tout en limitant la diffusion numérique. Ces stratégies numériques sont comparées sur une série de cas tests de complexité croissante et des diagnostics pertinents sont proposés. Par exemple, les dissipations dues `a la physique et au numérique sont extraites des simulations et quantifiées. Le cas test du tourbillon en deux dimensions chargé en particules est suggéré comme une configuration simple pour mettre en évidence l’impact de l’inertie des particules sur leur champ de concentration et pour discriminer les stratégies numériques. Une solution analytique est aussi proposée pour ce cas dans la limite des faibles nombres de Stokes. Finalement, la stratégie numérique qui couple le schéma centré d’ordre élevé TTGC et une technique de stabilisation, aussi appelée viscosité artificielle, est celle qui fournit les meilleurs résultats en terme de précision et de robustesse. Les paramètres de viscosité artificielle (c'est-à-dire les senseurs) doivent néanmoins être bien choisis. Ensuite, la question des modèles nécessaires pour d´écrire correctement la dispersion des particules dans une configuration avec un gradient moyen est abordée. Pour ce faire, un des modèles RUM (appel´e AXISY-C), proposé par Masi [78] et implémenté dans AVBP par Sierra [120], est validé avec succès dans deux configurations: un jet plan diphasique anisotherme 2D et 3D. Contrairement aux anciens modèles RUM, les principales statistiques de la phase dispersée sont désormais bien prédites au centre et aux bords du jet. Finalement, l’impact de l’inertie thermique des particules sur leur température est étudié. Les résultats montrent un effet important de cette inertie sur les statistiques mettant en évidence la nécessité pour les approches numériques de prendre en compte ce phénomène. Ainsi, l’extension du FEM aux écoulements anisothermes, c’est-à-dire les flux de chaleur RUM (notés RUM HF), est implémentée dans AVBP. L’impact des RUM HF sur les statistiques de température des particules est ensuite évalué sur les configurations des jets 2D et 3D. Les champs Eulériens sont comparés à des solutions Lagrangiennes de référence calculées par B. Leveugle au CORIA et par E. Masi à l’IMFT pour les jets 2D et 3D, respectivement. Les résultats montrent que les RUM HF améliorent la prédiction des fluctuations de température mésoscopique, et dans une moindre mesure la température moyenne des particules en fonction de la configuration. Les statistiques Lagrangiennes sont retrouvées lorsque les RUM HF sont pris en compte alors que les résultats sont dégradés dans le cas contraireThis work addresses the Direct Numerical Simulation of non-isothermal turbulent flows laden with solid particles in the dilute regime. The focus is set on the accurate prediction of heat transfer between phases and of particles dispersion. The dispersed phase is described by an Eulerian approach : the Mesoscopic Eulerian Formalism [41, 123], recently extended to non-isothermal flows [78]. The main objective of this work is to assess the ability of this formalism to accurately account for both dynamic and thermal inertia of particles in turbulent sheared flows. The CFD code used in this work is AVBP. The numerical simulation of dilute sprays with an Eulerian approach calls for specific modelling and raises additional numerical issues. First, the numerical methods implemented in AVBP for two-phase flows [69, 103, 109] were tested and revisited. The objective was to propose an accurate and robust numerical strategy that withstands the steep gradients of particle volume fraction due to preferential concentration [132] with a limited numerical diffusion. These numerical strategies have been tested on a series of test cases of increasing complexity and relevant diagnostics were proposed. In particular, the two-dimensional vortex laden with solid particles was suggested as a simple configuration to illustrate the effect of particle inertia on their concentration profile and to test numerical strategies. An analytical solution was also derived in the limit of small inertia. Moreover, dissipations due to numerics and to physical effects were explicitly extracted and quantified. Eventually, the numerical strategy coupling the highorder centered scheme TTGC with a stabilization technique –the so called artificial viscosity– proved to be the most accurate and robust alternative in AVBP if an adequate set-up is used (i.e. sensors). Then, the issue of the accurate prediction of particle dispersion in configurations with a mean shear was adressed. One of the RUM model (denoted AXISY-C), proposed by Masi [78] and implemented by Sierra [120], was successfully validated in a two-dimensional and a three-dimensional non-isothermal jet laden with solid particles. Contrary to the former RUM models [63, 103], the main statistics of the dispersed phase were recovered at both the center and the edges of the jet. Finally, the impact of the thermal inertia of particles on their temperature statistics has been investigated. The results showed a strong dependency of these statistics to thermal inertia, pinpointing the necessity of the numerical approaches to account for this phenomenon. Therefore, the extension of the MEF to non isothermal conditions, i.e. the RUM heat fluxes, has been implemented in AVBP. The impact of the RUM HF terms on the temperature statistics was evaluated in both configurations of 2D and 3D jets. Eulerian solutions were compared with Lagrangian reference computations carried out by B. Leveugle at CORIA and by E. Masi at IMFT for the 2D and 3D jets, respectively. Results showed a strong positive impact of the RUM HF on the fluctuations of mesoscopic temperature, and to a lesser extent on the mean mesoscopic temperature depending of the configuration. Neglecting the RUM HF leads to erroneous results whereas the Lagrangian statistics are recovered when they are accounted for
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Leboissetier, Anthony. "Simulation numérique directe de l'atomisation primaire d'un jet liquide à haute vitesse". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066492.
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Kessar, Mouloud. "Simulation numérique directe de la turbulence hélicitaire maximale et modèles LES de la turbulence magnétohydrodynamique". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI042/document.
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La turbulence homogène et isotrope fut formalisée par Kolmogorov (1941), à l'aide d'une analyse dimensionnelle. Il parvint à démontrer que la densité spectrale de l'énergie cinétique, $E(k)$ suivait une loi en $k^{-5/3}$. Ce comportement est connu sous le nom de cascade de Kolmogorov. Dans de nombreux contexte géophysique ou astrophysiques, l'hélicité cinétique joue un rôle important. Parker (1955) a notamment démontré que l'hélicité cinétique pouvait contribuer à l'amplification d'un champ magnétique pour des écoulements conducteurs. Brissaud {it et al} (1973) ont alors tenté de déterminer l'influence que l'hélicité cinétique pouvait avoir sur les spectres d'énergie cinétique. Brissaud {it et al} (1973) suggèrent l'existence d'une cascade pour laquelle les spectres d'énergie cinétique suivent une loi en $k^{-7/3}$. Dans la première partie de ce manuscrit nous allons confirmer à l'aide de simulations numériques directes (DNS) l'existence d'une loi asymptotique en $k^{-7/3}$. Nous aurons également recourt à la décomposition en modes hélicitaires afin d'analyser de manière approfondie la physique qui régit ces écoulements. Dans de nombreux écou-le-ments géophysique ou astrophysiques, la turbulence est très forte, et une très large gamme d'échelles est impliquée. Bien que la puissance des calculateurs ait considérablement augmentée ces dernières années, il n'est toujours pas possible de simuler l'ensemble de cette gamme d'échelles pour des configurations réalistes. Une solution connue sous le nom de Large Eddy Simulations (LES) permet de réaliser des simulations de ce type d'écoulement. Concrètement, lors de la réalisation d'une LES, les grandes échelles de l'écoulement sont résolues, et les interactions entre les grandes et les petites échelles de l'écoulement sont modélisées. Divers modèles de turbulence existent déjà pour la réalisation de LES en turbulence. Néanmoins leurs limites ne sont pas toujours bien connues dans le cadre de la turbulence magnétohydrodynamique (MHD), c'est-à-dire pour les fluides conducteurs de l'électricité que l'on rencontre en géophysique ou astrophysique. Dans la seconde partie de ce manuscrit nous allons donc évaluer les performances fonctionnelles (voir Sagaut (2002)) de ces différents modèles dans des configurations correspondant à des dynamos turbulentes, c'est-à-dire à des régimes où un champ magnétique est généré par un fluide conducteur animé d'un mouvement turbulent. Nous étudierons notamment la capacité des modèles LES à reproduire les échanges énergétiques entre grandes et petites échelles. Pour ce faire, nous réaliserons plusieurs DNS, pour des écoulements non-hélicitaires (menant à des dynamos de petites échelles) et des écoulements hélicitaires (menant à des dynamos de grandes échelles). `A l'aide d'une opération de filtrage, nous calculerons les transferts sous-mailles exacts, puis les comparerons aux prédictions fournies par les modèles. Finalement nous réaliserons des LES à l'aide des différents modèles et nous les comparerons aux DNS filtréesHomogeneous and isotropic turbulence was first formalized by Kolmogorov (1941), through dimensional analysis. He managed to show that the spectral density of kinetic energy, $E(k)$, was following a $k^{-5/3}$ law. This behaviour is known as Kolmogorov's cascade. For many geophysical and astrophysical flow, kinetic helicity plays an important role. For instance, Parker (1955) showed that for conductive fluids such as Sun, kinetic helicity could contribute to amplify the magnetic field. Brissaud {it et al} (1973) tried to show that kinetic helicity could have an influence on the spectral density of kinetic energy. Through dimensional analysis they suggested the existence of a cascade for which the kinetic energy spectra would follow a $k^{-7/3}$ law. In the first part of this thesis we will confirm thanks to Direct Numerical Simulations (DNS) the existence of such an asymptotic limit in $k^{-7/3}$. We will also use helical decomposition to perform a deep analysis of the physics encountered within such flows. In several geophysical and astrophysical fluids, turbulence is very strong, and involves a large range of scales. Despite the strong development of computational resources the last few decades, it remains impossible to simulate this range of scales for realistic configurations. One solution is known as Large Eddy Simulations (LES). While a LES is performed, only the large scales of the flow are resolved, and the interactions between large and small scales are modeled. Several turbulence models have been developed for LES of turbulence. Nevertheless, the limitations of these models are not always well known for magnetohydrodynamic (MHD) turbulence, i.e for conductive fluids that can be encoutered in geophysics and astrophysics. In the second part of this thesis we will evaluate the functional performances (see Sagaut (2002)) of these models for several flow configurations involving turbulent dynamo action, i.e when a magnetic field is amplified though the action of a turbulent conductive fluid. In particular we will study the capabilities of LES models to reproduce energy exchanges between large and small scales. In order to do so, we will perform several DNS, for both non-helical flows (i.e leading to small scale dynamo) and helical flows (i.e leading to large scale dynamo). Thanks to a filtering operation we will compute the exact subgrid-scale transfers and compare them to the predictions given by several models. Finally we will achieve LES using subgrid-scale models and we will compare them to filtered DNS
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Campagne, Gaelle. "Simulation numérique directe de l'interaction turbulence/surface libre pour l'analyse du transfert intercomposantes". Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00326401.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
On procède à la simulation numérique directe de l'interaction turbulence-sans-cisaillement/surface-plane, par une méthode pseudo-spectrale. L'originalité de la configuration tient au fait que la turbulence est entretenue à distance par un forçage aléatoire localisé au voisinage d'un plan parallèle à la surface. L'écoulement est donc statistiquement stationnaire et la couche de surface continûment alimentée par diffusion turbulente. Les évolutions des quantités statistiques et des bilans des tensions de Reynolds sont données et permettent de préciser la structure de la couche d'interaction. Une méthode originale d'analyse et de quantification des structures élémentaires participant au transfert d'énergie intercomposantes est proposée et testée. Cette grille d'analyse permet une meilleure compréhension du contenu de la corrélation pression-déformation en présence d'une surface imperméable.
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Campagne, Gaëlle. "Simulation numérique directe de l'intéraction turbulence / surface libre pour l'analyse du transfert intercomposantes". Toulouse, INPT, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000435/.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
On procède à la simulation numérique directe de l'interaction turbulence-sans-cisaillement/surface-plane, par une méthode pseudo-spectrale. L'originalité de la configuration tient au fait que la turbulence est entretenue à distance par un forçage aléatoire localisé au voisinage d'un plan parallèle à la surface. L'écoulement est donc statistiquement stationnaire et la couche de surface continuement alimentée par diffusion turbulente. Les évolutions des quantités statistiques et bilans des tensions de Reynolds sont donnés et permettent de préciser la structure de la couche d'interaction. Une méthode nouvelle d'analyse et de quantification des structures élémentaires participant au transfert d'énergie intercomposantes est proposée et testée, permettant de progresser dans la compréhension des mécanismes attachés à l'influence, sur la corrélation pression-déformation, de la présence d'une surface imperméableA Direct Numerical Simulation of the interaction between no-shear turbulence and a free-slip surface is performed using a pseudo-spectral method. The originality of the configuration yields in the fact that the turbulence is created by a distant random forcing term localised in the vicinity of a plane parallel to the surface. The flow is therefore statistically steady and the surface layer is continuously fed by turbulent diffusion. The evolutions of the statistical quantities and of Reynolds shear stresses are studied and are used to define the structure of the interaction layer. A new method of analyzing and quantifying the elementary structures, that contribute to the intercomponent energy transfers, is proposed and evaluated. It allows some improvements in the understanding of the mechanisms linked to the influence on the pressure-deformation correlation, in the presence of an impermeable surface
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Bruneaux, Gilles. "Etude asymptotique, simulation numérique directe et modélisation de l'intéraction flamme turbulente prémélangée -paroi". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0462.
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Au cours de ce travail de thèse, nous étudions les interactions flamme turbulente prémélangée-paroi à l'aide d'analyses théoriques et numériques. En premier lieu, nous nous intéressons au régime laminaire. Tout d'abord, un rappel des études menées dans la littérature scientifique nous permet de caractériser les configurations d'interaction puis de valider l'emploi de schémas cinétiques simplifiés. Ensuite, des calculs d'intéraction laminaire sont effectués à l'aide d'une simulation numérique directe employant un schéma cinétique à une étape, puis sont comparés avec succès à une analyse asymptotique. Nous retrouvons les distances de coincement et les flux de chaleur pariétaux de la littérature. Les pertes thermiques réduisent la vitesse de consommation et mènent à l'extinction de la flamme lors du maximum du flux de chaleur pariétal. Cette extinction est suivie d'une phase de retrait de la flamme, quand le fuel diffuse dans la zone de réaction, qui explique la faible production d'imbrûlés de combustion lors de l'interaction. Dans une seconde partie, nous étudions le régime turbulent. Pour cela, deux types de simulations numériques directes sont menés : des calculs bi-dimensionnels complets et des calculs tri-dimentionnels à densité constante. Des résultats similaires sont obtenus : le comportement local de la flamme turbulente est assimilable à une interaction laminaire, et il existe des poches de gaz frais dans les gaz brûlés, associées à des zones d'extinction locales. Dans les calculs bi-dimensionnels les distances de coincement et les flux thermiques maximaux sont comparables aux valeurs laminaires. Cependant, dans les calculs tri-dimensionnels, la structure de la turbulence induit des distances plus petites et les flux plus élevés. Dans une dernière partie, nous élaborons et validons un modèle d'interaction flamme-paroi. Ce modèle s'appuie sur l'approche des flammelettes, où la flamme est décrite par sa vitesse de consommation et sa densité de surface. L'équation exacte de propagation de la densité de surface est prise comme point de départ et son bilan est équilibré avant, pendant et après l'interaction. Des sous-modèles sont proposés pour chacun des termes de l'équation et sont comparés individuellement aux résultats de la DNS. L'effet des pertes thermiques sur la vitesse de consommation est pris en compte dans l'expression du taux de réaction moyen, ainsi que dans les expressions des termes de transport et de destruction de surface. La diminution des échelles turbulentes près du mur affecte les expressions des termes d'étirements turbulent et de diffusion turbulente. Ensuite, ce modèle est dérivé en loi de paroi puis incorporé dans un code de calcul moyenné (Kiva2-MB). Il est validé dans un calcul de combustion moteur.
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Moon, Hee-Jang. "Modèles de combustion turbulente appliqués à l'autoinflammation. Comparaison avec la simulation numérique directe". Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUES010.
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Cette étude a pour but de contribuer à une meilleure approximation du comportement d'une flamme turbulente par des modélisations numériques utilisant la fonction densité de probabilité (P. D. F. ). Trois différents types d'approches ont été étudiés et comparés à la simulation directe: 1) les modèles de P. D. F. Présumée; 2) un modèle eulérien-lagrangien P. E. U. L. ; 3) les modèles à équation de P. D. F. L'étude montre la sensibilité et la capacité à la prédiction de tous ces modèles de P. D. F. En les testant par rapport aux résultats obtenus par la simulation numérique directe. Le phénomène physique qui a servi de base à ces comparaisons est celui de l'autoinflammation d'un prémélange combustible-comburant dans un milieu infini comportant initialement des fluctuations statistiquement homogènes et isotropes. L'étude a été étendue à des cas où la richesse et l'enthalpie peut fluctuer dans le mélange. Les modèles à équation de P. D. F. Sont plus précis que les deux autres catégories, et le coût en temps de calcul est beaucoup plus grand. On a montré que, l'effet du nombre de Damkohler dans les hypothèses de fermeture est actuellement mal pris en compte et reste un problème à résoudre
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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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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’étatThe 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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Ould, Salihi Mohamed Lemine. "Couplage de méthodes numériques en simulation directe d'écoulements incompressibles". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004901.
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Ce travail est consacré au développement des méthodes lagrangiennes comme alternatives ou compléments aux méthodes euleriennes conventionnelles pour la simulation d'écoulements incompressibles en présence d'obstacles. On s'intéresse en particulier à des techniques ou des solveurs eulériens et lagrangiens cohabitent dans le même domaine de calcul mais traitent différents termes des équations de Navier-Stokes, ainsi qu'à des techniques de décomposition de domaines ou différents solveurs sont utilisés dans chaques sous-domaines. Lorsque les méthodes euleriennes et lagrangiennes cohabitent dans le même domaine de calcul (méthode V.I.C.), les formules de passage particules-grilles permettent de représenter la vorticité avec la même précision sur une grille fixe et sur la grille lagrangienne. Les méthodes V.I.C. ainsi obtenues combinent stabilité et précision et fournissent une alternative avantageuse aux méthodes différences-finies pour des écoulements confinés. Lorsque le domaine de calcul est décomposé en sous-domaines distincts traités par méthodes lagrangiennes et par méthodes euleriennes, l'interpolation d'ordre élevé permet de réaliser des conditions d'interface consistantes entre les différents sous-domaines. On dispose alors de méthodes de calcul avec décomposition en sous-domaines, de type Euler/Lagrange ou Lagrange/Lagrange, et résolution en formulation (vitesse-tourbillon)/(vitesse-tourbillon) ou (vitesse-pression)/(vitesse-tourbillon). Les différentes méthodes développées ici sont testées sur plusieurs types d'écoulements (cavité entrainée, rebond de dipôles de vorticité, écoulements dans une conduite et sur une marche, écoulements autour d'obstacles) et comparées à des méthodes de différences-finies d'ordre élevé.
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Hauguel, Raphaël. "Flamme en V turbulente : simulation numérique directe et modélisation de la combustion turbulente prémélangée". Rouen, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAM0007.
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Ces travaux sont principalement consacrés à l'étude de la combustion turbulente prémélangée et à sa modélisation. L'outil numérique qui a été choisi est la Simulation Numérique Directe (DNS). Tout d'abord, des flammes planes placées dans des turbulences homogènes et isotropes ont été simulées. Il a été montré que cette configuration ne permet pas d'obtenir de solutions statistiquement stationnaires, ce qui limite considérablement leur utilisation pour tester des modélisations qui ont pour objet de décrire le comportement des champs moyens. L'accent a alors porté sur la réalisation de DNS proches de configurations expérimentales. Des flammes en V se développant dans différentes turbulences de grille et stabilisées par un fil chaud ont été étudiées. A partir des données issues de la DNS, l'interaction flamme-turbulence a été analysée. Deux régimes de transport turbulent sont observés : un régime de type gradient et un régime de type contre-gradient. C'est donc une formulation au second ordre qui a été retenue pour analyser la modélisation de la combustion turbulente. La formulation au second ordre fait intervenir de nouveaux termes qui doivent être modélisés pour que le problème soit fermé. Ce sont les modèles basés sur l'approche conditionnelle développée par Bray, Moss et Libby qui sera retenue. Suivant ce formalisme, une évaluation des termes et des fermetures existantes a été effectuée. Puis de nouveaux modèles, plus précis, ont été proposés. Enfin, les travaux ont évolué vers l'étude de la densité de surface de flamme. Sa fermeture algébrique et les termes, qui apparaissent dans son équation de transport, ont été étudiés. A l'aide de ces résultats, une nouvelle fermeture pour le taux de dissipation scalaire est proposée.
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Castaldi, Stéphane. "Étude de la turbulence cinématiquement homogène isotrope et massiquement inhomogène par simulation numérique directe". Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT008H.
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On aborde dans cette thèse l'étude théorique et numérique de la Turbulence Cinématiquement Homogène Isotrope et Massiquement Inhomogène (T. C. H. I. M. I. ). A travers cette configuration, notre travail a permis de mettre en évidence certains mécanismes fondamentaux relatifs à la classe des écoulements turbulents basse vitesse à masse volumique variable. A l'aide d'une méthode pseudo-spectale classique, un outil numérique a été développé permettant la simulation directe de la T. C. H. I. M. I. . Cet écoulement turbulent à faible nombre de Mach mélange des poches de gaz de masse volumique différente, dont le rapport de densité initial vaut 5. Pour étudier l'influence de la variation de masse volumique constante, la situation à masse volumique variable est comparée au cas isovolume à travers différents moments statistiques. Dans le but d'accentuer les effets de densité, notre analyse s'est également orientée vers la détermination des facteurs susceptibles d'engendrer des modifications cinématiques plus significatives. Pour ce faire, des bilans spectraux d'énergie cinétique et d'enstrophie ont, entre autre, été mis en place. Différents calculs ont été conduits, amenant à une meilleure compréhension des mécanismes prépondérants dans cette situation
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Troff, Bruno. "Simulation directe d'écoulements externes décollés par résolution numérique des équations de Navier-Stokes tridimenssionnelles". Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066648.
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L'etude numerique d'ecoulements externes instationnaires fortement decolles de fluide visqueux incompressible a ete effectuee par simulation directe autour de configurations bidimensionnelles et tridimensionnelles. La demarche adoptee consiste a resoudre les equations de navier-stokes exprimees en variables vitesse-pression. Un systeme de coordonnees curvilignes est introduit tout en conservant les composantes cartesiennes du vecteur vitesse comme variables de base. La resolution des equations transformees est basee sur une discretisation a l'aide de schemas aux differences finies precis a l'ordre 2 en temps et en espace dans un maillage non decale. La pression est calculee par resolution d'une equation de poisson minimisant la contrainte d'incompressibilite. Un operateur implicite de lissage des residus permet d'eviter les restrictions concernant le nombre de courant-friedrichs-levy. Des resultats et des comparaisons avec l'experience sont presentes. Les allees de von-karmann derriere un cylindre et l'ecoulement decolle autour d'un profil a forte incidence sont consideres en bidimensionnel. Les applications tridimensionnelles traitees concernent l'ecoulement autour d'un cylindre et autour d'une voilure entre parois
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Labit, Benoit. "Transport de chaleur électronique dans un tokamak par simulation numérique directe d'une turbulence de petite échelle". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00261562.
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La compréhension de l'état turbulent d'un plasma de fusion, responsable du faible temps de confinement observé, constitue un enjeu fondamental vers la production d'énergie par cette voie. Pour les machines les plus performantes, les tokamaks, les conductivités thermiques ionique et électronique mesurées sont du même ordre de grandeur. Les sources potentielles de la turbulence sont les forts gradients de température, de densité,... présents au coeur d'un plasma de tokamak. Si les pertes de chaleur par le canal ionique sont relativement bien comprises, l'origine du fort transport de chaleur électronique est quant à elle largement inconnue. En plus des fluctuations de vitesses électrostatiques, il existe des fluctuations de vitesses magnétiques, auxquelles des particules rapides sont particulièrement sensibles. Expérimentalement, le temps de confinement peut s'exprimer en fonction de paramètres non adimensionnels. Ces lois d'échelle sont encore trop imprécises, néanmoins de fortes dépendances en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique, β et du rayon de Larmor normalisé, ρ* sont prédites.La thèse proposée ici cherche à déterminer la pertinence d'un modèle fluide non linéaire, électromagnétique, tridimensionnel, basé sur une instabilité particulière pour décrire les pertes de chaleur par le canal électronique et de déterminer les dépendances du transport turbulent associé en fonction de paramètres adimensionnels, dont β et ρ*. L'instabilité choisie est une instabilité d'échange générée par le gradient de température électronique (Electron Temperature Gradient (ETG) driven turbulence en anglais). Ce modèle non linéaire est construit à partir des équations de Braginskii. Le code de simulation développé est global au sens qu'un flux de chaleur entrant est imposé, laissant les gradients libres d'évoluer.
A partir des simulations non linéaires, nous avons pu mettre en évidence trois caractéristiques principales pour le modèle ETG fluide: le transport de chaleur turbulente est essentiellement électrostatique; les fluctuations de potentiel et de pression forment des structures radialement allongées; le niveau de transport observé est beaucoup plus faible que celui mesuré expérimentalement.
L'étude de la dépendance du transport de chaleur en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique a montré un faible impact de ce paramètre mettant ainsi en défaut la loi empirique d'Ohkawa. En revanche, il a été montré sans ambiguïté le rôle important du rayon de Larmor électronique normalisé dans le tranport de chaleur: le temps de confinement est inversement proportionnel à ce paramètre. Enfin, la faible dépendance du transport de chaleur turbulent en fonction du cisaillement magnétique et de l'inverse du rapport d'aspect a été mise en évidence.
Bien que le niveau de transport observé dans les simulations soit plus faible que celui mesuré expérimentalement, nous avons tenté une confrontation directe avec un choc de Tore Supra. Ce tokamak est particulièrement bien désigné pour étudier les pertes de chaleur électronique. En conservant la plupart des paramètres d'un choc bien référencé de Tore Supra, la simulation non linéaire obtenue donne un seuil en gradient de température proche de la valeur expérimentale. Le niveau de transport observé est plus faible d'un facteur cinquante environ que le transport mesuré. Un paramètre important qui n'a pu être conservé est le rayon de Larmor normalisé.
La limitation en ρ* devra être franchie afin de confirmer ces résultats. Enfin une rigoureuse confrontation avec des simulations girocinétiques permettra de disqualifier ou non l'instabilité ETG pour rendre compte des pertes de chaleur observées.
Mots-clés: fusion thermonucléaire, tokamak, plasma, turbulence ETG, simulations numériques
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Fortuné, Véronique. "Etude par simulation numérique directe du rayonnement acoustique de couches de mélange isothermes et anisothermes". Phd thesis, Université de Poitiers, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006902.
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Le calcul direct du rayonnement acoustique d'une couche de mélange est réalisé en résolvant les équations de Navier-Stokes dans un domaine de calcul qui permet l'accès au champ acoustique lointain de l'écoulement. L'outil que nous avons développé utilise la technique de la Simulation Numérique Directe alliée à des méthodes numériques précises pour assurer une bonne qualité du calcul acoustique direct. Des simulations 2D et 3D de l'évolution temporelle de couches de mélange isothermes et anisothermes sont effectuées en régime subsonique et notamment à faible nombre de Mach. L'approche temporelle adoptée permet d'identifier l'émission acoustique associée à chacune des phases de la transition d'une couche de mélange. Les résultats des calculs acoustiques directs révèlent d'une part que l'émission sonore prédominante provient dans tous les cas d'un processus d'appariement et que les effets 3D réduisent globalement l'émission acoustique de la couche de mélange. D'autre part, les principales conséquences des effets combinés de la température et de la compressibilité observées expérimentalement (augmentation/réduction de l'émission sonore à nombre de Mach faible/élevé) sont reproduites avec le modèle temporel. Les données des simulations sont également utilisées pour réaliser des prédictions de bruit basées sur l'analogie de Lighthill. La comparaison de ces estimations avec les solutions de référence obtenues par le calcul acoustique direct montre un excellent accord dans tous les cas. Dans les cas anisothermes, nous montrons la nécessité de tenir compte d'un terme source supplémentaire et l'analyse des contributions séparées de chaque terme source nous permet d'interpréter le mécanisme de renversement de tendance comme le résultat d'un changement de terme source prépondérant.
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Hammouti, Abdelkader. "Simulation numérique directe en différence finie de l'écoulement d'un fluide incompressible en présence d'interfaces rigides". Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00511607.
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Le développement de méthodes numériques pour simuler les équations de Navier-Stokes en présence de parois rigides est un sujet en très actif. Si la littérature abonde de résultats de convergence et de stabilité, les méthodes à pas fractionnaire introduisent très généralement, des erreurs de couche limite pour la pression. Ce problème, déjà présent près de parois conformes à la discrétisation, devient particulièrement critique près de parois non-conformes, une situation que l'on rencontre dès que l'on souhaite s'affranchir de toute forme de remaillage avec des objets mobiles, par exemple. L'objectif de cette thèse est de résoudre les équations de Navier-Stokes incompressible pour obtenir avec précision le champ de vitesse et le champ de pression par une méthode de différence finie. Cette question nous a conduit à reformuler le problème de Stokes instationnaire à deux dimensions à l'aide de la fonction courant psi et d'une fonction phi conjuguée de la pression. Nous avons implémenté une première méthode pour traiter le problème de Stokes dans cette représentation. Le développement d'un schéma original pour résoudre le problème de Poisson-Neumann en domaine irrégulier, nous a permis de proposer une seconde méthode de résolution du problème de Stokes incompressible dans une formulation plus classique, Pression-vitesse-vorticité. Ces deux types d'algorithmes permettent d'obtenir une convergence d'ordre 2 en espace pour tous les champs du problème.
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Gorgoraptis, Eleftherios. "Simulation numérique directe pour la modélisation de la combustion Diesel dans des configurations d’injections multiples". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC111/document.
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Le moteur à allumage par compression est incontestablement une des solutions pour réduire les émissions de CO2. L’utilisation de forts rapports de compression permet d’atteindre des rendements plus élevés que les moteurs à allumage commandé. Cependant, cette motorisation possède un certain nombre de défauts liés à l’inflammation du carburant et au contrôle du dégagement de chaleur. Ainsi, lorsque le moteur à allumage par compression est associé à un carburant Diesel et utilisant les systèmes d’injection traditionnels, les niveaux des émissions polluantes et du bruit de combustion peuvent devenir critiques. Une solution consiste à décomposer l’injection du carburant en plusieurs pulses (injections multiples) afin d’obtenir un contrôle optimal de la stratification du mélange air-carburant et du taux de dégagement de chaleur. Cette approche, rendue possible par le rail haute pression, est en train de devenir la règle dans les moteurs Diesel. Devant la complexité des phénomènes physico-chimiques rencontrés lors de de la combustion Diesel avec des injections multiples, la modélisation de celle-ci par des outils industriels telle que la modélisation 3D RANS (résolution des équations moyennes) reste un challenge. L’amélioration des modèles est donc essentielle afin de prédire le dégagement de chaleur et les émissions polluantes. Etant donné le manque de résultats expérimentaux précis, suffisamment détaillés et complets, l’amélioration substantielle des modèles reste problématique. La simulation numérique directe (DNS) est donc un outil permettant de générer des résultats détaillés et ainsi de développer et évaluer des modèles pour la simulation RANS. Dans cette thèse, différents modèles de combustion reposant sur une approche tabulée de la chimie ont été évalués afin de dégager leurs voies d’amélioration dans des configurations d’injections multiples, en ayant recours à des DNS de configurations représentatives d’injections multiples. Une base de données DNS représentative du problème a été construite, analysée et a servi ensuite de support à l’analyse approfondie des modèles étudiés. A la suite de cette analyse, certaines hypothèses sous-jacentes aux modèles ont été revisitéesCompression-ignition engines are widelyused, mainly due to their high thermal efficiency andconsequent low CO2 emissions compared to sparkignitionengines. However, this technology has somedisadvantages related to the limited control over autoignitionof the air-fuel mixtures and heat release rate.Hence, in compression-ignition engines at their mostbasic form, the level of combustion noise and emissionsof nitrogen oxides and particulate matter canbecome critical. An effective strategy to tackle theseproblems is to decompose fuel injection into multipleinjection pulses permitting an optimal control of theair-fuel mixture formation and, thus, of the autoignitiondelay and the heat release rate. Multiple injectionstrategies become more and more popular dueto their advantages over conventional single injectioncycles. The physical phenomena involved in suchconfigurations, however, are complex and their modellingremains challenging, especially in the context ofindustrial 3D simulation using the Reynolds-averagedNavier-Stokes (RANS) formalism. The progress ofcompression-ignition applications depends to a greatextent on the capacity of the physical models to predictheat release rate and pollutant emissions. Thelack ofa experimental results at the scale of interestorientated this study towards the use of Direct NumericalSimulation (DNS) providing a model-free insightinto the interaction between turbulent mixing and combustionchemistry. In the framework of this Ph.D. thesis,a DNS database was generated and analysed,covering a range of single and split Diesel injectionrelevantconditions. Then, different turbulent combustionmodels based on tabulated chemistry were evaluatedby comparison with the DNS results. Followingthis analysis, a new modelling approach adapted tomultiple injection configurations was elaborated. Finally,a strategy for the application of the new modellingapproach in 3D RANS was proposed for prospectivemulti-injection compression-ignition engine simulationswith an improved accuracy
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Alvinerie, Eric. "Contribution à l'étude des jets anisothermes plans par analyse de stabilité et simulation numérique directe". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2335.
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Le travail porte sur l'etude de la transition a la turbulence de jets plans, non isothermes, verticaux, en convection mixte. Une etude de stabilite lineaire classique est d'abord realisee sur des profils de vitesse de type jets libres ou parietaux. Les valeurs critiques du nombre de reynolds et des nombres d'ondes sont estimees. Il est montre que les forces de poussee d'archimede, quel que soit leur sens, ont toujours un effet destabilisant. Les modes preferentiels sont determines par une etude de stabilite lineaire convective-absolue. Des comportements locaux differents selon le profil de vitesse utilise sont observes. Ensuite, on etudie le developpement spatial de ces jets a l'aide de la simulation numerique directe, en resolvant les equations de navier-stokes bidimensionnelles, instationnaires, dans le cadre des hypotheses de boussinesq, en formulation fonction de courant, vorticite. Une attention speciale est apportee au traitement des conditions aux limites, en particulier dans le cas des ecoulements non symetriques. La solution numerique est tres sensible aux profils de vitesse imposes a l'injection, aux conditions de sortie prises a la frontiere en aval et, dans le cas des ecoulements convectivement instables, aux perturbations utilisees pour la destabiliser. Il est ainsi possible d'observer des structures symetriques, antisymetriques ou chaotiques, avec de grandes variations du taux d'amplification spatiale. Les forces de poussee d'archimede favorables a l'ecoulement provoquent le declenchement des instabilites plus en amont, mais, selon le profil de vitesse impose a l'injection, leur amplification spatiale est plus ou moins importante. Il est donc montre dans cette etude que, dans une certaine mesure, la stabilite des ecoulements de type jets plans, anisothermes, peut etre controlee en modifiant judicieusement les conditions d'injection. Enfin, des methodes de visualisations numeriques particulierement adaptees a l'analyse des resultats obtenus par simulation directe sont presentees
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Luo, Haining. "Simulation numérique directe pour un écoulement turbulent dans un T-jonction d'un fluide non-Newtonien". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEC026/document.
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Une configuration en T-jonction a été étudiée pour sa simplicité en géométrie en comparant avec d’autres mélangeurs en industrie. Plus particulièrement, j’ai effectué des simulations numériques directes avec OpenFOAM des T-jonction convergent à section circulaire et rectangulaire. Les fluides Newtonien et non-Newtonien (modèle Bird-Carreau) ont été pris en compte. Dans un premier temps, j’ai comparé mes données avec le travail expérimental de Nguyen [1] sur le T-jonction circulaire en régime deflecting. J’arrive à valider la DNS avec les données expérimentales. L’organisation des structures cohérentes sont illustrées en régime laminaire et turbulent en Newtonien et en non-Newtonien. Dans un deuxième temps, j’ai simulé deux régimes (deflecting et impinging) dans un T-jonction rectangulaire en Newtonien et en non-Newtonien. J’ai montré l’existence de structures cohérentes (par example kidney vortex) qui servent de moteur au mélange du scalaire passif propre au non-Newtonien. L’efficacité de mélange est augmentée en régime impinging par rapport au régime deflecting. Le shifting du pic de turbulence est observé uniquement en régime impingingFor the simplicity in geometry by comparing it with other mixers in the industry, flows in T-junction configuration have been studied. More specifically, Direct Numerical Simulations is carried out using OpenFOAM on a convergent T-junction configuration with circular and rectangular cross-section. Both Newtonian and non-Newtonian fluids (Bird-Carreau model) are taken into account. Firstly, DNS data is compared to Nguyen’s experimental work on the circular T-junction at regime deflecting [1]. Good agreement between simlation and experiment is achieved. The organization of coherent structures is illustrated in laminar and turbulent for both Newtonian and non-Newtonian cases. Secondly, two flow regimes (deflecting and impinging) are simulated in a rectangular T-junction for the same Newtonian and non-Newtonian fluids. The existence of non-Newtonian coherent structures (e.g. kidney vortex ) is shown. These structures are regarded as essential mixing mechanism of passive scalar mixing. The mixing efficiency is increased in regime impinging compared to regime deflecting. The shifting of the turbulence peak is only observed in regime impinging
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Euzenat, Florian. "Simulation numérique directe et analyse des transferts de chaleur dans les lits de particules fixes et mobiles". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/21358/1/EUZENAT_Florian.pdf.
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Ces travaux de recherche s'intéressent à la caractérisation des transferts thermiques dans les milieux fluide-particules, et en particulier, les lits fluidisés au sein desquels un solide divisé est mis en suspension par un fluide. La grande diversité d'échelles spatiales et temporelles dans ces procédés nécessite d'étudier les interactions hydrodynamiques, thermiques et/ou chimiques entre les particules et le fluide à l'aide d'une approche multi-échelles. Une étude des transferts thermiques dans des lits fixes puis fluidisés, est réalisée à deux échelles : locale (Particle Resolved Simulation) et moyennée (Discrete Element Method-Computional Fluids Dynamics). L'étude PRS permet de caractériser les couplages locaux des transferts thermiques entre particules ainsi que la dynamique de ces transferts dans les configurations fluidisées. Une étude comparative entre les échelles met en évidence les limites du modèle DEM-CFD à capter les fluctuations des transferts thermiques observées dans les simulations PRS. Dans un dernier temps, les fermetures du modèle DEM-CFD sont améliorées de manière à réintroduire les fluctuations perdues par le changement d'échelles.
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Michel, Antoine. "Simulation du comportement d'ellipsoïdes en écoulement turbulent confiné". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0188.
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En utilisant la simulation numérique directe (DNS), la dynamique de particules non sphériques inertielles dans un écoulement turbulent de canal a été étudiée numériquement. Un suivi lagrangien de particules, qui sont supposées ponctuelles et modélisées par des ellipsoïdes de révolution allongés, est utilisé pour étudier l’influence du rapport d’aspect et du temps de relaxation des particules sur leur interaction avec l’écoulement. La simulation numérique directe de l’écoulement permet d’obtenir une information précise sur les caractéristiques du fluide à la position des particules, qui sont nécessaire pour calculer les actions hydrodynamiques auxquelles elles sont soumises. Deux méthodes de calculs des actions hydrodynamiques ont été définies afin d’analyser leur influence sur la dynamique des particules. La première est basée sur des modèles théoriques, qui sont valides sous l’hypothèse d’un écoulement rampant à l’échelle de la particule et sont très utilisés dans la littérature. La seconde est basée sur l’utilisation de corrélations semi-empiriques, valides pour des valeurs du nombre de Reynolds particulaire modérées. Les simulations ont été réalisées jusqu’à ce que la distribution des particules atteigne un état stationnaire, afin d’obtenir une comparaison non biaisée de l’influence de la forme et de l’inertie. Quelle que soit la modélisation, les statistiques de la vitesse de translation ne dépendent pas significativement de l’allongement des particules. Il y a par contre des différences quantitatives importantes entre les statistiques de translation obtenues avec ces deux méthodes de modélisation pour les particules d’inertie élevée. Les statistiques de rotation sont affectées de façon majeure par la modélisation des actions hydrodynamiques, quelle que soit la position dans le canal. Ces observations concernant l’influence de la modélisation restent valides pour des valeurs plus élevées du nombre de Reynolds. L’augmentation de la valeur de ce paramètre cause néanmoins une uniformisation de la distribution des particules et une augmentation de l’intensité des fluctuations de la vitesse et de la vitesse angulaire de l’écoulement vu par les particules. Ces fluctuations plus intenses modifient l’orientation préférentielle des ellipsoïdes, indépendamment de leurs caractéristiques et du modèle utilisé pour calculer les actions hydrodynamiques. La comparaison des résultats obtenus par simulation avec des données expérimentales indique que les formulations bas Reynolds permettent une représentation correcte de la dynamique de particules très allongées et non inertiellesUsing direct numerical simulation (DNS), the dynamics of inertial, non-spherical particles carried by the turbulent flow in a channel has been studied numerically. Under the hypothesis of pointwise particles, modelled as prolate ellipsoids, Lagrangian particles tracking is used to study the influence of the particle aspect ratio and inertia on their interaction with the flow. Direct numerical simulation of the flow allows to obtain an accurate information about the properties of the fluid at the particle position, which are required to compute the hydrodynamic actions that they undergo. The hydrodynamic actions have been computed using two different methods to study the influence of their modelling on the particle dynamics. The first model is based on theoretical formulas which are valid under the assumption that there is a creeping flow motion at the particle scale and are widely used in the literature. The second model relies on correlations, which are valid at moderate values of the particle Reynolds number. Simulations have been carried until the particle distribution reaches a steady state in order to obtain an unbiased comparison of the influence the particle shape and inertia. For both modelling of the hydrodynamic actions, translation velocity statistics do not significantly depend on the particle shape. There are however important quantitative differences between the translation statistics obtained using each model. Angular velocity statistics are strongly influenced by the hydrodynamic actions modelling, everywhere in the channel. These observations about the influence of the modelling remain valid for higher values of the flow Reynolds number. Increasing the value of this parameter nonetheless causes an uniformization of the particle distribution and increases the magnitude of the fluctuations of the velocity and angular velocity of the fluid seen by the particles. These stronger fluctuations modify the preferential orientation of the ellipsoids, regardless of their characteristics and of the model used to compute the hydrodynamic actions. The comparison of the simulation results with experimental data indicates that the model valid under the creeping flow assumption allows to simulate the dynamics of very long and weakly inertial ellipsoids realistically
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Marter-Lagrange, Isabelle. "Méthode d'interface immergée pour la simulation directe de l'atomisation primaire". Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0040/document.
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La réduction des émissions polluantes et l'amélioration des performances des turboréacteurs nécessitent une connaissance détaillée des phénomènes physiques mis en jeu dans une chambre de combustion. L'atomisation du carburant résulte du cisaillement engendré par un fort écoulement d'air généré dans l'injecteur. La simulation numérique directe d'écoulements avec interface permet de simuler l'ensemble du processus d'atomisation. L'utilisation de maillages Cartésiens permet la réalisation de calculs HPC efficaces et précis. Mais, une des complexités de l'atomisation vient d'une interaction forte entre le comportement de la nappe liquide et l'écoulement gazeux dans les conduites de l'injecteur, rendant impératif la simulation de l'injecteur complet. Ceci étant impossible avec des maillages Cartésiens structurés, l'objectif de cette thèse est de développer une méthode d'interface immergée permettant l'inclusion d'objets solides dans un domaine de calcul, indépendamment du maillage, afin de réaliser des DNS du système d'injection complet. Les équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques sont résolues à l'aide d'un algorithme de projection, l'interface liquide-gaz étant transportée avec une méthode CLSVOF conservative en masse et quantité de mouvement. La présence du solide est prise en compte grâce à la méthode d'interface immergée. Cette méthode a été appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées pour une configuration d'injecteur utilisée en essais à l'ONERA et a permis une meilleure prédiction de la fréquence de battement de la nappeThe reduction of polluting emissions and improvement of aeronautical engines efficiency depends on the detailed knowledge of the physical phenomena encountered in a combustion chamber. Fuel atomization results from the shearing effect induced by the high velocity airflow generated inside the injector. The Direct Numerical Simulation of interfacial flows allows the simulation of the whole atomization process, while Cartesian structured meshes allows efficient and accurate HPC computations. However, the complexity of atomization comes from a strong interaction between the jet behavior and the injector internal flow, which makes essential to simulate the whole injector system. As that is impossible on Cartesian structured grids, the main objective of this thesis is to develop an Immersed Interface Method (IIM) allowing the inclusion of solid objects in the computational domain, independently of the mesh. The incompressible two-phases Navier-Stokes equations are solved using a projection algorithm with the CLSVOF method, conservative in mass and momentum. The solid presence is taken into account using the IIM. The proposed IIM has been applied to the numerical simulation of sheared liquid sheets corresponding to an ONERA experimental configuration and allows a better prediction of the flapping frequencies of the liquid sheet
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Thiam, Elhadji Ibrahima. "Modélisation et simulation numérique directe des transferts de chaleur dans les écoulements fortement chargés en particules". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30086.
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Les travaux de simulation menés au cours de cette thèse ont eu pour but de caractériser et de comprendre les phénomènes liés au transfert de chaleur dans des configurations de réseau aléatoire de particules ou de lit fluidisé. Sur la base de simulations numériques résolues à l'échelle des particules, ces configurations d'écoulements diphasiques anisothermes permettent d'extraire des grandeurs physiques locales liées à la microstructure de la suspension ou des informations globales tel que le coefficient de transfert moyen du lit. La première étape des travaux a consisté en la vali- dation de l'outil numérique autant sur l'hydrodynamique que sur le transfert thermique en passant par différents cas d'études académiques ( convection et conduction autour d'une sphère isolée). Ensuite une analyse détaillée du transfert de chaleur est conduite sur des lits fixes pour différentes fractions volumiques de particules, plusieurs nombres de Reynolds et de Prandtl afin d'aboutir à une modélisation macroscopique du flux de chaleur. Sur les configurations de lit fluidisé, les paramètres de simulation ont été variés afin d'étudier la sensibilité des différentes grandeurs hydrodynamiques à la résolution du maillage. Ceci a permis de déterminer les configurations de simulations de lit fluidisé liquide-solide anisotherme pour un coût de calcul modéré. Enfin, une analyse comparative du transfert thermique entre lits fixes et lits fluidisés a mis en évidence les spécificités liées à l'agitation des particules sur le transfert. Ces études ont été conduites dans le but d'obtenir une meilleure modélisation mésoscopique des échanges thermiques dans les écoulements diphasiques et ainsi améliorer leur modélisation à l'échelle macroscopiqueTo better characterize and understand heat transfer in fixed and fluidized beds of particles, numerical studies have been carried out in this work. Based on fully Particle Resolved Numerical Simulation (PR-DNS) local and instantaneous informations have been obtained at microscopic scale and further analyzed at macroscopic scale by means of volume and time averages. The first step consisted in a thorough validation of the numerical code on academic configurations (conduction and convection around a single particle). Then, an analysis in arrays of random fixed particles was carried out for several particle volume fractions, Reynolds and Prandtl numbers. From this analysis, the solid-fluid heat transfer was investigated at macroscopic scale and a closure model for the pseudo-turbulent heat flux was proposed. Finally, fluidized bed simulations were performed. These simulations needed a preliminary numerical study in order to select appropriate numerical parameters for accurately reproducing the fluidization with a moderate computational cost. Furthermore, a comparative study of the heat transfer in fixed and fluidized beds was carried out. The entire study aimed at improving the understanding of the heat transfer in particulate flows and dense regimes, in order to provide information for the modeling at macroscopic scale
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Piot, Estelle. "Simulation numérique directe et analyse de stabilité de couches limites laminaires en présence de micro-rugosités". Toulouse, ISAE, 2008. http://www.theses.fr/2008ESAE0018.
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L'un des moyens de diminuer la traînée de frottement d'un avion est d'agrandir la zone laminaire sur les ailes ou la dérive. Des études ont montré que des micro-rugosités placées au sein de la couche limite peuvent retarder le phénomène de transition vers la turbulence. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier numériquement l'écoulement de couche limite laminaire dans l'entourage proche de rugosités de surface, en se focalisant sur l'influence qu'ont ces dernières sur les ondes d'instabilité à l'origine de l'apparition de la turbulence. Nous avons d'abord étudié les ondes d'instabilité longitudinale au sein d'une couche limite de plaque plane sans gradient de pression. En présence de rugosités placées périodiquement selon l'envergure, l'écoulement est inhomogène selon la normale à la paroi et la direction transverse. Sa stabilité linéaire a donc été étudiée en utilisant un formalisme biglobal. Cela a permis d'obtenir les modes propres de l'écoulement en présence des rugosités, et de montrer dans quelle mesure ces dernières stabilisent la couche limite. Ensuite nous avons considéré les ondes d'instabilité transversale, qui apparaissent près du bord d'attaque des ailes en flèche. Des simulations numériques directes (DNS) ont été effectuées afin d'étudier comment une allée périodique de rugosités peut générer ces ondes. Des analyses de stabilité linéaire ont permis d'interpréter les résultats des DNS et d'y identifier deux types d'ondes d'instabilité transversale : des ondes stationnaires, générées par un mécanisme de réceptivité non-linéaire vis-à-vis des rugosités, et des ondes instationnaires, dues à un mécanisme d'instabilité quasi-absolue dans la couche limite.
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Rambaud, Patrick. "Contribution à l'étude du comportement de particules solides en écoulement turbulent confiné par simulation numérique directe". Nancy 1, 2001. http://www.theses.fr/2001NAN10204.
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Le comportement de particules solides dans un écoulement turbulent de gaz en canal est étudié par le biais de simulations numériques directes. La description mixte eulerienne et lagrangienne permet d'aborder la dispersion de petites particules solides à travers le calcul des temps intégraux de la turbulence v́ue ́le long de leurs trajectoires. Ces temps intégraux sont comparés aux estimations basées sur une corrélation semi-empirique issue de calculs directs dans le cas d'une turbulence homogène et isotrope. La comparaison révèle l'impossibilité d'utiliser la corrélation pour prédire la dispersion dans le sens de l'écoulement. Après ces considérations sur la dispersion, l'effet d'atténuation de ces mêmes particules solides sur la turbulence est aussi caractérisé. Les forces prises en compte sur les particules sont au moins la traînée non linéaire et la force de portance de Saffman toutes deux corrigées en proche paroi et utilisant une interpolation tridimensionnelle hermitienneThe behavior of solid particles in a turbulent gas channel flow is studied by direct numerical simulation. A mixed Eulerian and Lagrangian formulation allowed us to deal with the dispersion of small solid particles through the computation of the integral time scales of the turbulence seen by the solid particles on their trajectories. Those integral times are compared with the ones estimated thank to a semi-empirical correlation established with direct numerical simulation in isotropic and homogeneous turbulence. The comparison shows the impossibility to use this correlation to predict the streamwise dispersion. Beside this dispersion study, the turbulence modulation due to solid particles is shown. The forces taken into account on the particles in all the simulation are at least the non-linear drag and the Saffman's lift both corrected for near wall effect and using a fully three-dimensional Hermitian interpolation
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Ritz, Jean-Benoît. "Modélisation numérique des écoulements fluide-particules : définition d'un modèle de simulation directe, application à la sédimentation". Bordeaux 1, 1997. http://www.theses.fr/1997BOR10560.
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Cette these porte sur la definition et la mise en oeuvre d'une methode numerique de simulation directe du mouvement de particules solides dispersees dans un fluide en tenant compte de l'ensemble des interactions hydrodynamiques. Ce modele s'appuie sur les equations du mouvement de deux fluides non-miscibles. Le concept initial est de transformer un des fluides en un fluide dont la loi de comportement tend vers celle d'un solide indeformable. Nous obtenons alors une formulation ou l'unique inconnue est le couple vitesse-pression gouverne par l'equation de navier-stokes. Cette methode de nous permet de mettre en evidence le role du sillage sur la trajectoire d'une particule et sur le rearrangement d'un ensemble de particules en sedimentation. Les e effets de sillage, meme a faible nombre de reynolds, jouent un role determinant sur la redistribution des particules au cours de la sedimentation. Cette methode presente une alternative interessante aux differentes methodes de simulation directe par un cout de calcul dependant lineairement du nombre de particules.
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Labit, Benoît. "Transport de chaleur électronique dans un tokamak par simulation numérique directe d'une turbulence de petite échelle". Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11052.
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La compréhension de l'état turbulent d'un plasma de fusion, responsable du faible temps de confinement observé, constitue un enjeu fondamental vers la production d'énergie par cette voie. Pour les machines les plus performantes, les tokamaks, les conductivités thermiques ionique et électronique mesurées sont du même ordre de grandeur. Les sources potentielles de la turbulence sont les forts gradients de température, de densité présents au cœur d'un plasma de tokamak. Si les pertes de chaleur par le canal ionique sont relativement bien comprises, l'origine du fort transport de chaleur électronique est quant à elle largement inconnue. En plus des fluctuations de vitesses électrostatiques, il existe des fluctuations de vitesses magnétiques, auxquelles des particules rapides sont particulièrement sensibles. Expérimentalement, le temps de confinement peut s'exprimer en fonction de paramètres non adimensionnels. Ces lois d'échelle sont encore trop imprécises, néanmoins de fortes dépendances en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique, ß et du rayon de Larmor normalisé, p* sont prédites. La thèse proposée ici cherche à déterminer la pertinence d'un modèle fluide non linéaire, électromagnétique, tri-dimensionnel, basé sur une instabilité particulière pour décrire les pertes de chaleur par le canal électronique et de déterminer les dépendances du transport turbulent associé en fonction de paramètres adimensionnels, dont ß et p*. L'instabilité choisie est une instabilité d'échange générée par le gradient de température électronique (Electron Temperature Gradient (ETG) driven turbulence en anglais). Ce modèle non linéaire est construit à partir des équations de Braginskii. Le code de simulation développé est global au sens qu'un flux de chaleur entrant est imposé, laissant les gradients libres d'évoluer. A partir des simulations non linéaires, nous avons pu mettre en évidence trois caractéristiques principales pour le modèle ETG fluide : le transport de chaleur turbulente est essentiellement électrostatique ; les fluctuations de potentiel et de pression forment des structures radialement allongées ; le niveau de transport observé est beaucoup plus faible que celui mesuré expérimentalement. L'étude de la dépendance du transport de chaleur en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique a montré un faible impact de ce paramètre mettant ainsi en défaut la loi empirique d'Ohkawa. En revanche, il a été montré sans ambigui͏̈té le rôle important du rayon de Larmor électronique normalisé dans le transport de chaleur : le temps de confinement est inversement proportionnel à ce paramètre. Enfin, la faible dépendance du transport de chaleur turbulent en fonction du cisaillement magnétique et de l'inverse du rapport d'aspect a été mise en évidence. Bien que le niveau de transport observé dans les simulations soit plus faible que celui mesuré expérimentalement, nous avons tenté une confrontation directe avec un choc de Tore Supra. Ce tokamak est particulièrement bien désigné pour étudier les pertes de chaleur électronique. En conservant la plupart des paramètres d'un choc bien référencé de Tore Supra, la simulation non linéaire obtenue donne un seuil en gradient de température proche de la valeur expérimentale. Le niveau de transport observé est plus faible d'un facteur cinquante environ que le transport mesuré. Un paramètre important qui n'a pu être conservé est le rayon de Larmor normalisé. La limitation en p* devra être franchie afin de confirmer ces résultats. Enfin une rigoureuse confrontation avec des simulations girocinétiques permettra de disqualifier ou non l'instabilité ETG pour rendre compte des pertes de chaleur observées.
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Martínez, Ferrer Pedro José. "Étude par simulation numérique de l'auto-allumage en écoulement turbulent cisaillé supersonique". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013ESMA0018.
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Cette étude est consacrée à l’analyse des écoulements réactifs supersoniques cisailléset, plus particulièrement, des couches de mélange compressibles pouvant se développerdans les moteurs ramjet et scramjet. Des méthodes numériques appropriées ont été implémentéeset vérifiées pour aboutir au développement d’un code de calcul numériquemassivement parallèle, appelé CREAMS (compressible reactive multi-species solver). Cedernier a été spécialement conçu pour conduire des simulations numériques haute précision(simulations numériques directes ou DNS) de ce type d’écoulements. Une attentionparticulière a été portée à la description des termes de transport moléculaire et des termessources chimiques de façon à considérer la description physique la plus fidèle possible desmélanges des gaz réactifs à haute vitesse, au sein desquelles les temps caractéristiqueschimiques et de mélange aux petites échelles sont susceptibles d’être du même ordre degrandeur. Les simulations des couches de mélange bidimensionnelles et tridimensionnelles,inertes et réactives, confirment l’importance des effets associés à la compressibilité et autaux de dégagement de chaleur. Les résultats ainsi obtenus diffèrent en certains points deceux issus d’autres simulations qui introduisaient certaines hypothèses simplificatrices :développement temporel, emploi d’une chimie globale ou encore lois de transport simplifiées.En revanche, ils reproduisent certains tendances déjà observées dans un certainnombre d’études expérimentales conduites dans des conditions similairesThis study is devoted to the analysis of supersonic reactive shear flows and, in particular,compressible mixing layers that can develop inside the ramjet and scramjet engines.Appropriate numerical methods have been implemented and tested to achieve the developmentof a massively parallel numerical solver, called CREAMS (compressible reactivemulti-species solver). This tool was designed to conduct high-precision numerical simulations(direct numerical simulations or DNS) of such flows. Particular attention waspaid to the description of the molecular transport terms and chemical source terms toconsider the most accurate physical description of reactive gas mixtures at high velocity,in which the chemical and mixing time scales, corresponding to the smallest scalesof the flow, are susceptible to be of the same order of magnitude. Simulations of twoandthree-dimensional, inert and reactive, mixing layers confirm the importance of theeffects associated with compressibility and rate of heat release. The results obtained differin some points from other simulations which introduced simplifying assumptions such astemporal development, use of a global chemistry or a simplified description of the moleculartransport terms. Nevertheless, they reproduce some trends already observed in severalexperimental studies conducted under similar conditions
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Bouchard, Jonathan. "Caractérisation d'un régénérateur ferromagnétique poreux utilisé en réfrigération magnétique". Thèse, Université de Sherbrooke, 2008. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1835.
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La réfrigération magnétique (RM) constitue une technologie à fort potentiel en efficacité énergétique. Toutefois, son rendement demeure difficile à quantifier à cause des phénomènes magnétohydrodynamiques complexes qui surviennent au coeur du régénérateur ferromagnétique poreux. Les modèles existants de régénérateur sont unidimensionnels et effectifs. Leur simplicité excessive explique l'écart entre les données expérimentales extraites de prototypes et les résultats générés. Le modelé de régénérateur poreux présenté préconise une approche numérique directe appliqué sur un domaine tridimensionnel. Ce dernier est formé de canaux interstitiels définis par des agencements structurés de particules ferromagnétiques de Gd. Le fluide qui s'écoule dans les canaux régénère le solide ayant subi une variation de température induite par l'effet magnétocalorique (EMC). En somme, la résolution souple des équations de conservation, de mouvement et d'énergies est effectuée en considérant les propriétés du Gd (EMC, capacité calorifique) comme variables. La simulation d'un cycle de RM nécessite l'application d'astuces numériques spécifiques. La validité du modèle est évaluée à l'aide de données expérimentales et de comparaisons avec les résultats existants. Un montage expérimental a été construit ; des granules de Gd consolidés sont incluses dans un boîtier disposé dans le pôle d'un électroaimant dont la commutation induit l'EMC. Entre autres, des thermocouples insérés au centre de la structure poreuse permettent de mesurer le gradient de température le long du régénérateur. Les résultats générés par le modèle sont cohérents dans leur limite. Le bilan global d'énergie est respecté à 99.5%. Des corrélations de Nu et f spécifiques au régénérateur structure sont formulés. Les écarts de celles-ci avec les corrélations existantes et les données expérimentales indiquent qu'un raffinement du modèle est requis. En somme, le remplacement de la géométrie structuré par un milieu poreux aléatoire de faible densité (MPAFD) de large section doterait le modèle d'un réalisme accru.
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Issa, Heitham. "Simulation numérique d'un bassin à houle par la résolution directe des équations de Navier-Stokes : application : étude de l'écoulement autour d'un obstacle immergé". Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2266.
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Ce rapport de thèse présente une étude numérique permettant de simuler les écoulements bidimensionnels instationnaires de fluide visqueux et incompressible en présence de surface libre. Les équations de Navier Stokes sont discrétisées par différence finies. La pression est obtenue en résolvant une équation de Poisson par une méthode de volumes finis. La surface libre est résolue par une méthode de capture de surface. La génération des ondes est assurée numériquement en imposant à la paroi latérale gauche du canal des vitesses correspondant à un batteur de type piston. L'absorption des ondes incidentes sera assurée en utilisant une plage d'amortissement avec un maillage étiré. Concernant l'écoulement autour d'un obstacle immergé, on raffine le maillage autour du corps par une méthode de maillage adaptif (AMR)This thesis deals with a numerical method based on the simulation of unsteady and laminar two dimensional free-surface incompressible flows. Navier-Stokes equations are discretized by finite differences. The pressure is obtained by solving a Poisson equation dealing with a provisional velocity field. The Poisson equation is solved by a finite volume method. An interface capturing method (surface tracking) is used to evaluate the free-surface elevation. The incident regular waves are generated in the left end of the tank by a numerical wave maker. Numerical damping method with stretched mesh is used for wave absorption at the outlet boundary. Concerning the flow around a submerged body, the grid around the obstacle was refined by the Adaptive Mesh Method called AMR
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Deutsch, Emmanuel. "Dispersion de particules dans une turbulence homogène isotrope stationnaire calculée par simulation numérique directe des grandes échelles". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1992. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1454_edeutsch.pdf.
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Afin d'étudier le comportement et les caractéristiques du mouvement fluctuant de particules entrainées par la turbulence, la dispersion de nuages de particules (25000-100000) a été simulée dans un champ de turbulence homogène isotrope stationnaire calculé à l'aide d'une simulation numérique directe des grandes échelles de la turbulence (large eddy simulation). L'équation du mouvement de chaque particule prend en compte la contribution des forces de trainée, de pression et de masse ajoutée. Des calculs de dispersion de particules en l'absence de forces extérieures ont été réalisés pour trois rapports de densité particules/fluide (=2000, 2. Et 0. 001). La dispersion des particules les plus denses a également été simulée en appliquant une force de gravite pour étudier l'influence du glissement moyen entre les phases. Enfin, en appliquant une force extérieure variant linéairement dans une direction, la viscosité turbulente d'un nuage de particules denses a été calculée. Les résultats sont comparés avec des expressions analytiques obtenues à partir d'une extension de la théorie de Tchen qui consiste à calculer les caractéristiques du mouvement fluctuant des particules en fonction de la turbulence du fluide vue par les particules. Cette extension, à condition de prédire correctement les caractéristiques de la turbulence le long des trajectoires des particules, permet de prendre en compte divers phénomènes, l'effet de la ségrégation des bulles vers des zones à vitesse du fluide plus faible, l'effet de croisement de trajectoires. D'autre part ces simulations ont permis d'affiner et de valider l'expression des coefficients de transport turbulent de la phase dispersée utilisés pour la prédiction numérique des écoulements diphasiques a l'aide d'équations eulériennes dans les deux phases.