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Teses / dissertações sobre o tema "Mécanique des fluides – Simulation, Méthodes de"
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Bonneton, Natalie. "Simulation numérique des jets plans compressibles." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT031H.
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On s'interesse aux effets de compressibilite et de compression sur les principales caracteristiques du jet, notamment sur son taux d'expansion et la naissance des instabilites. Nous avons concu dans un premier temps un code de calcul permettant de resoudre les equations navier stockes bidimensionnelles. Notre choix numerique s'est porte sur la methode de transport de flux corriges de boris et book (methode f. C. T. ). C'est une methode explicite, de difference finie. Sa precision a l'ordre quatre en phase la rend tout particulierement performante dans les regions de forts gradients. Cet outil numerique a tout d'abord ete valide sur des ecoulements de reference (canal, jet incompressible. . . ). Il nous a permis ensuite de mettre en evidence les tendances suivantes: la compressibilite, generee par la variation du nombre de mach, a pour effet de diminuer le taux d'expansion du jet. Dans le cas d'un jet subsonique, l'augmentation du nombre de mach a pour effet de diminuer a la fois le taux d'expansion et le nombre de strouhal. Une meme tendance est remarquee quand le nombre de reynolds augmente. Ceci est verifie jusqu'a la valeur du nombre de mach egale a 1. 6. Au-dela de cette valeur, l'instabilite de kelvin helmholtz (initialement presente) est inhibee, ce qui conduit a une saturation du taux d'expansion. Finalement, nous avons enregistre un ralentissement de l'emission tourbillonnaire de l'ecoulement au cours de la compression, et une augmentation de la largeur du jet en fin de compression
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Laucoin, Eli. "Développement du parallélisme des méthodes numériques adaptatives pour un code industriel de simulation en mécanique des fluides." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10174.
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Les méthodes numériques adaptatives constituent un outil de choix pour assurer la pertinence et l'efficacité de la résolution numérique d'équations aux dérivées partielles. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception, l'implémentation, et la validation d'une telle méthode au sein d'une plate-forme industrielle de simulation en thermo-hydraulique. Du point de vue géométrique, la méthode proposée permet de prendre en compte tant le raffinement du maillage que son déraffinement, tout en garantissant la qualité des éléments qui le compose. Du point de vue numérique, nous utilisons le formalisme des éléments joints pour étendre la méthode des Volumes-Éléments Finis proposée par la plate-forme Trio-U et traiter convenablement les maillages non conformes générés par la procédure d'adaptation. Enfin, l'implémentation proposée repose sur les concepts des méthodes de décomposition de domaine, afin d'en garantir le bon comportement dan un contexte d'exécution parallèle<br>Numerical resolution of partial differential equations can be made reliable and efficient through the use of adaptive numerical methods. We present here the work we have done for the design, the implementation and the validation of such a method within an industrial software platform with applications in thermal-hydraulics. From the geometric point of view, this method can deal both with mesh refinement and mesh coarsening, while ensuring the quality of the mesh cells. Numerically, we use the mortar elements formalism in order to extend the Finite Volumes-Elements method implemented in the Trio-U platform and to deal with the non-conforming meshes arising from the adaptation procedure. Finally, we present an implementation of this method using concepts from domain decomposition methods for ensuring its efficiency while running in a parallel execution context
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Laucoin, Eli. "Développement du parallélisme des méthodes numériques adaptatives pour un code industriel de simulation en mécanique des fluides." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00385418.
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Les méthodes numériques adaptatives constituent un outil de choix pour assurer la pertinence et l'efficacité de la résolution numérique d'équations aux dérivées partielles. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception, l'implémentation, et la validation d'une telle méthode au sein d'une plate-forme industrielle de simulation en thermohydraulique. Du point de vue géométrique, la méthode proposée permet de prendre en compte tant le raffinement du maillage que son déraffinement, tout en garantissant la qualité des éléments qui le compose. Du point de vue numérique, nous utilisons le formalisme des éléments joints pour étendre la méthode des Volumes-Éléments Finis proposée par la plate-forme Trio-U et traiter convenablement les maillages non-conformes générés par la procédure d'adaptation. Enfin, l'implémentation proposée repose sur les concepts des méthodes de décomposition de domaine, afin d'en garantir le bon comportement dans un contexte d'exécution parallèle.
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Vial, Christophe. "Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_VIAL_C.pdf.
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Ce travail est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique d'une colonne à bulles et d'un réacteur à gazosiphon à recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la métrologie nécessaire à la mesure de paramètres hydrodynamiques globaux et locaux dans les écoulements à bulles. Dans cette partie, des méthodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont été développées pour l'identification du régime d'écoulement, et trois techniques de mesures ont été adaptées aux écoulements à bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une méthode électrochimique et la vélocimétrie laser Doppler. Ces méthodes ont complété les techniques déjà disponibles pour étudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler à réflexion d'ultrasons. Cet ensemble de méthodes de mesure nous a ensuite permis de caractériser l'hydrodynamique des deux réacteurs. Les transitions de régime ont été déterminées. Les paramètres mesurés, aussi bien à l'échelle locale qu'à l'échelle du réacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait être mesurée, a été estimée à partir d'un modèle simple. Finalement, l'évolution de tous ces paramètres a été analysée en fonction du débit de gaz, de son mode de distribution et du régime d'écoulement. Enfin, l'ensemble des données expérimentales obtenues aux échelles locales et globales sur les deux réacteurs a été comparé aux résultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Différentes formulations de la traînée, des forces additionnelles et de la turbulence ont été utilisées pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et expériences. La capacité de ce code commercial à prédire correctement l'écoulement ainsi que ses limitations actuelles ont été étudiées<br>This work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of the hydrodynamics of a bubble column and an external loop airlift reactor. It includes three parts. First, measuring techniques have been developed to study the local and global hydrodynamic parameters of the bubbly flow. In this section, several treatments of the fluctuating wall pressure signal have been developed to identify the prevailing flow regime; three measuring techniques have been adapted to bubbly flows in order to measure the local velocity of the continuous phase: the "Pavlov" tube, an electrochemical method and Laser Doppler Velocimetry. These techniques have completed the methods already available to study the dynamics of the gas phase: local optical probes and an ultrasound Doppler technique. Then, this set of measuring techniques has been used to characterise the hydrodynamics in both reactors. Regime transitions have been deterrnined. The local and global parameters which have been measured are: the gas hold-up; the velocity, the size and the morphology of the bubbles; the liquid velocity and its local fluctuations. The Reynolds shear stress, which could not be measured, has been estimated using a simple model. The evolution of these parameters has been related to the gas flow rate, the gas distribution and the hydrodynamic regime. The whole experimental data are finally compared to the predicted values obtained using a commercial CFD code. Several models of drag, additional forces and turbulence have been used to obtain the best agreement between calculations and experiments. The ability of this commercial code to predict correctly the flow and its current limits have been highlighted
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Kong, Jian Xin. "Contribution à l'analyse numérique des méthodes de couplage particules-grille en mécanique des fluides." Habilitation à diriger des recherches, Grenoble 1, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343556.
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Ce travail concerne l'étude numérique des méthodes du couplage particules-grille (ou appelée methode de vortex in cell) en écoulements bidimensionnels de fluides incompressibles, tant parfait que peu visqueux. Dans la première partie de ce travail on s'intéresse a la resolution numérique des équations d'Euler incompressibles par des méthodes de vortex in cell (vic). On propose une technique itérative pour en améliorer la précision et on montre sur des cas tests l'efficacité de ces techniques. Dans la seconde partie, on montre la convergence pour les équations de navier-stokes d'une methode de vortex utilisant la diffusion numérique produite par la reinitialisation des particules pour simuler la diffusion physique. On définit un schéma vic base sur les techniques de la première partie et on l'utilise pour la simulation de turbulence bidimensionnelle périodique. On obtient les premiers résultats satisfaisants par methode de vortex in cell pour ce cas test difficile
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Gillyboeuf, Jean-Philippe. "Diverses méthodes chimère pour la simulation numérique d'écoulements stationnaires." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT127H.
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La technique chimere est une technique multidomaine qui permet de calculer des ecoulements sur des maillages qui se recouvrent sans aucune contrainte geometrique. La principale difficulte qu'elle pose est de transmettre l'information entre les domaines de calcul. Deux approches sont etudiees : l'une est fondee sur l'interpolation, l'autre sur la deformation des domaines. L'approche par interpolation est meilleure, mais son application n'est pas toujours commode. La solution consiste alors a combiner les deux approches de facon a ce qu'il y ait aussi peu de deformation que possible et autant que necessaire. A maillages equivalents, la qualite des resultats que la technique chimere permet d'obtenir est a peu pres equivalente a celle d'un resultat obtenu par un calcul multidomaine classique.
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Singh, Jitendra. "Couplage de la méthode intégrale aux frontières en formulation non-primitive et d'une méthode multipolaire pour la simulation d'écoulement incompressibles." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0148.
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Le travail présenté ici porte sur l'élaboration de la méthode des éléments frontière (SEM) pour modéliser divers types d'écoulement dans des dispositifs micro fluidiques. Deux tâches ont été développées; le couplage de la méthode SEM avec des méthodes multipoles afin de diminuer les exigences de calcul, et une nouvelle approche grâce à l'emploi de variables non primitives (N-PV) dans les formulations de la méthode SEM. Les modèles axisymétriques ont été envisagés puisque, tout en permettant la modélisation réaliste des gouttelettes rencontrées dans nos applications, ils sont moins exigeants que les calculs des modèles en trois dimensions. La méthode multipole SEM a été développée pour les problèmes axisymétriques potentiels et ainsi les temps de calcul ont été réduits d'un tiers. Cette méthode a été adaptée à la simulation du phénomène de la libre circulation de surface lors de l'impact d'une goutte. La deuxième partie présente une nouvelle formulation de frontière intégrale des flux Stokes axisymétriques et tridimensionnels. Cette formulation constitue une avancée réelle dans le N-PV SEM basée sur la décomposition de Helmholtz et a été validée sur des problèmes axisymétriques standards<br>The present work addresses the development of the Soundary Element Method (SEM) to model various types of flow in microfluidics devices. Two tasks were carried out; coupling SEM with multipole methods to decrease computational requirements; and a new direction of employing non-primitive variables (N-PV) in SEM formulations. Axisymmetric flow models were considered since, while allowing the realistic modelling of droplets encountered in our applications, they are less computationally demanding than three-dimensional models. The Multipole Method SEM was developed for axisymmetric potential problems and the computation time was reduced by one third. This method was adapted to the simulation of free surface flow problem of drop impact. A new boundary integral formulation for Stokes flows in axisymmetric and three-dimensional problems is developed in the second part. This formulation constitutes an actual advancement in N-PV SEM based on the Helmholtz decomposition and was validated on standard axisymmetric problems
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Capatina, Daniela. "Analyse de méthodes mixtes d'éléments finis en mécanique." Habilitation à diriger des recherches, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00647026.
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Les travaux de recherche de cette habilitation se situent dans le domaine de l'Analyse Numérique des Equations aux Dérivées Partielles et portent sur la modélisation, la discrétisation, l'analyse a priori et a posteriori de schémas et la simulation numérique de différents problèmes issus de la mécanique. Un fil conducteur de ces travaux est l'utilisation et l'étude des méthodes d'éléments finis (conformes, non-conformes, mixtes, de Galerkin discontinus, stabilisés) et des formulations mixtes. Les domaines d'application abordés sont la mécanique des solides élastiques, l'ingénierie pétrolière et la mécanique des fluides, newtoniens et non-newtoniens. Ainsi, des problèmes d'élasticité linéaire, comme la discrétisation de deux modèles de plaque mince en flexion munie de conditions aux limites physiques, ont été considérés. Des écoulements anisothermes dans les milieux poreux, décrits par les équations de Darcy-Forchheimer avec un bilan d'énergie exhaustif dans les cas mono et multi-phasique, ainsi qu'un couplage thermo-mécanique puits - réservoir pétrolier ont aussi été étudiés, dans le cadre d'une collaboration industrielle avec Total. Enfin, plusieurs questions en mécanique des fluides ont été abordées, comme la discrétisation robuste des équations de Stokes par une méthode de Galerkin discontinue en lien avec les éléments finis non-conformes, le traitement des conditions aux limites non-standard pour les équations de Navier-Stokes, la modélisation hiérarchique multi-dimensionnelle des écoulements fluviaux à surface libre, la simulation réaliste des écoulements de liquides polymères et la stabilité des schémas numériques par rapport aux paramètres physiques, en particulier pour le modèle de Giesekus.
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Paliard, Chloé. "Dimension reduction for fluid simulation and animation." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAT023.
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Malgré les améliorations considérables des performances du matériel graphique ainsi que les avancées algorithmiques majeures depuis le début des années 2000, certains phénomènes naturels restent extrêmement coûteux à simuler. Par exemple, plusieurs pistes ont été proposées pour améliorer les performances des simulations de fluides, qui sont animées par la résolution d'équations différentielles partielles (EDP), plus particulièrement les équations hautement non linéaires de Navier-Stokes. Dans cette thèse, nous explorons d'abord l'utilisation de l'apprentissage profond pour créer un espace réduit dans lequel un solveur peut opérer à moindre coût, tout en produisant des solutions de haute qualité. Nous proposons un modèle qui permet la simulation d'écoulements turbulents à une résolution quatre fois supérieure à celle de l'entrée dans chaque dimension, avec des performances d'exécution améliorées par rapport à un solveur haute résolution. Ensuite, nous utilisons les contributions sur les opérateurs intrinsèques pour simuler des fluides sur des surfaces 3D avec des coûts réduits. Nous nous concentrons sur le modèle smoothed-particle hydrodynamics (SPH) que nous adaptons aux surfaces 3D, en rassemblant les voisinages des particules grâce aux géodésiques de plus court chemin, et en déplaçant ces particules de manière intrinsèque sur la surface. Tout ceci est simple à mettre en œuvre sur le GPU, ce qui permet la simulation de dizaines de milliers de particules sur différents maillages triangulaires à une vitesse interactive<br>Despite tremendous improvements in graphics hardware performance aswell as key algorithmic advancements since the beginning of the years 2000, some natural phenomena remain extremely costly to simulate. For instance, several tracks have been proposed to improve the performance of fluid simulations, that are animated by solving partial differential equations (PDE), more specifically the highlynon-linear Navier-Stokes equations. In this thesis, we first explore the use of deep learning to create a reduced space in which a solver can operate with lower costs, while still out putting high-quality solutions. We propose a model that enables the simulation of turbulent flows at a resolution four times higher than that of the given input in each dimension, with improved runtime performance compared to a high-resolution solver. Secondly, we use the contributions on intrinsic operators for simulating fluids on 3D surfaces with reduced costs. We focus on the smoothed-particle hydrodynamics (SPH) model that we adapt to 3D surfaces, by gathering the particles' neighborhoods thanks to shortest-path geodesics, and by displacing such particles in an intrinsic manner on the surface. All of this is straightforward to implement on the GPU, enablingthe simulation of tens of thousands of particles on various triangle meshes at interactive speed
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Alauzet, Frédéric. "Adaptation de maillage anisotrope en trois dimensions : applications aux simulations instationnaires en mécanique des fluides." Montpellier 2, 2003. http://www.theses.fr/2003MON20065.
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Mortazavi, Iraj. "Méthode hybride vortex-éléments finis : étude de la convergence numérique, caractérisation et analyse d'un écoulement complexe." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10090.
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Ce travail est consacré à l'étude et à la mise en oeuvre d'une méthode vortex qui permet de simuler des écoulements turbulents, bidimensionnels, incompressibles et instationnaires. Après une étude bibliographique exhaustive sur les méthodes de ce type, notre choix s'est porté sur une méthode dite vortex hybride associée à une technique d'éléments finis. L'algorithme de cette méthode est décrit et la convergence numérique étudiée en fonction de trois paramètres principaux qui sont le pas de temps, l'intensité tourbillonnaire et la taille des éléments. Des modes de visualisation numérique variés ont été conçus et appliqués, pour obtenir une meilleure analyse de la dynamique tourbillonnaire. Un film de vidéo a aussi été réalisé. Une nouvelle méthode de calcul de la pression est validée pour des écoulements du type poiseuille et poiseuille pulsé bidimensionnels. Enfin, la procédure complète a été appliquée au calcul et à l'examen détaillé de l'écoulement à grand nombre de Reynolds dans un mélangeur à double flux. L'effet de l'épaisseur du barreau et le rapport des vitesses de l'entrée ont été étudiés. Pour certains cas, la comparaison entre le comportement des paires de vortex et les modèles théoriques de dipôles tourbillonnaires est effectuée. On constate une bonne similitude entre ces deux approches.
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Roux, Yann. "Étude de l'amortissement visqueux dans les problèmes de tenue à la mer d'un flotteur immergé." Le Havre, 1999. http://www.theses.fr/2002LEHA0005.
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Nous developpons dans cette these une methode multi-domaine pour resoudre les equations de navier stokes bidimensionnelles incompressibles autour d'un cylindre circulaire anime d'un mouvement de rotation et de translation. Proche de l'obstacle nous adoptons une description eulerienne de l'ecoulement pour capter precisement la production de tourbillon a la paroi. La methode particulaire prend le relai quand les effets convectifs dominent l'ecoulement. Une technique efficace est mise en uvre pour traiter l'interface entre les deux domaines. La premiere partie de cette these est consacree a la presentation theorique des equations continues, a la methode numerique de resolution et a la validation de ces methodes de calculs. Nous presentons egalement les methodes d'optimisations de reduction des temps de calcul. La deuxieme partie est consacree a l'application de ces methodes de calculs a deux etudes distinctes : - etude de l'amortissement en eau calme : on etudie le mouvement et l'evolution des structures tourbillonnaires d'un cylindre anime d'un mouvement pendulaire dans un fluide au repos. - excitation hydrodynamique d'un pendule : le travail porte sur l'etude du mouvement et l'evolution des structures tourbillonnaires dans le sillage d'un cylindre adoptant un mouvement pendulaire dans un ecoulement uniforme. La derniere partie de cette these est consacree a la modelisation de la turbulence par une methode multi-domaine.
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Chatelin, Robin. "Méthodes numériques pour l'écoulement de Stokes 3D : fluides à viscosité variable en géométrie complexe mobile : application aux fluides biologiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00946993.
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Ce travail propose des méthodes numériques pour la résolution du problème de Stokes en géométrie complexe pour des fluides non homogènes. Ce modèle décrit l'écoulement d'un fluide très visqueux, incompressible, dont la viscosité n'est pas uniforme mais dépend de la concentration d'un certain agent. D'un point de vue mathématique, il s'agit de résoudre un problème elliptique couplé à une équation de convection-diffusion, qui génèrent une dynamique non linéaire. L'algorithme de résolution est basé sur une discrétisation hybride utilisant une grille et des particules. Des algorithmes à pas fractionnaires permettent de séparer la résolution des différents phénomènes pour profiter des avantages spécifiques à ces discrétisations: méthodes lagrangiennes adaptées à la convection et méthodes eulériennes pour la diffusion. Une méthode de pénalisation permet de gérer efficacement l'interaction entre le fluide et la géométrie mobile du domaine. Une méthode de projection itérative est développée pour ce problème quasi-statique, cela permet d'utiliser des solveurs rapides propices aux calculs en grande dimension. Plusieurs cas tests viennent valider la convergence, la conservation et les performances de l'algorithme en 3D. Ce travail s'inscrit dans le contexte de l'étude de l'écoulement du mucus pulmonaire autour des cellules épithéliales ciliées tapissant les bronches. L'efficacité du transport du mucus, assurant la capture et l'expectoration des agents pathogènes, est étudiée en fonction des paramètres biologiques. D'autres simulations d'un micro-nageur et d'écoulements en milieux poreux complètent cette étude.
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Hovnanian, Jessica. "Méthode de frontières immergées pour la mécanique des fluides : application à la simulation de la nage." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00835013.
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Nous nous interessons à la modélisation des interactions fluide-structure entre un fluide visqueux incompressible et une structure pouvant être déformable. Apres une approche des méthodes de type frontière immergée existantes, nous présentons une nouvelle approche : la méthode IPC (Image Point Correction) que nous validons ensuite sur différents cas tests. Puis, nous l'appliquons à la simulation 2D puis 3D de la nage d'un poisson grâce à une reconstruction utilisant l'outil du squelette.
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Darbani, Mohsen. "Approche sans maillage basée sur la Méthode des Eléments Naturels (NEM), pour les écoulements bidimensionnels à surface libre." Compiègne, 2009. http://www.theses.fr/2009COMP1851.
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La résolution des équations à surface libre est souvent confrontée à des difficultés numériques liées à une trop forte distorsion du maillage, comme c’est le cas lors de rupture de barrage ou de déferlement de vagues. Dans ce travail on se propose d’appliquer une technique sans maillage basée sur la Méthode des Eléments Naturels pour simuler l’écoulement en 2D d’un fluide en présence de forts gradients. Les équations considérées sont celles de Saint-Venant transitoires où l’on tient compte des termes non-linéaires et de la force de Coriolis. Afin d’optimiser les temps de calcul et d’éviter des appels à des algorithmes de type Newton-Raphson, une technique purement Lagrangienne a été utilisée pour traiter les termes non-linéaires. Cependant la gestion des conditions aux limites demeure une difficulté majeure. Nous avons donc défini un domaine géométrique assez mince aux voisinages immédiats des frontières, et un domaine de calcul qui sera enrichi au fur et à mesure que des particules quittent le domaine de calcul<br>Solving equation with free surface often encounters numerical difficulties related to excessive mesh distortion as is the case of dambreak or breaking waves. In this work we explore the meshfree technique based on the Natural Element Method(NEM) to simulate the 2D fluid flow in presence of strong gradients. The equations considered here are those of Saint-Venant shallow water where we consider the full non-linear equations, with a transient flow under the Coriolis effect. The nonlinear terms are computed by using a Lagrangian technique based on the method of the characteristics. This will allow us to avoid setting up a numerical algorithm, like Newton-Raphson’s, which tend to extend the computing time. However, the management of boundary conditions remains a major difficulty in meshless methods. We have therefore defined a thin geometrical domain close to the boundaries and a domain for computing that will be submitted to nodal enrichment, when the particles leave the computational domain
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Ghaddab, Driss. "Une Méthode de frontière immergée pour la simulation d'écoulements autour d'objets de forme arbitraire." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2001. http://www.theses.fr/2001STR13208.
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Une methode de frontiere immergee pour la simulation des ecoulements autour d'objets de forme arbitraire est presentee. Elle est basee sur une discretisation par differences finies d'ordre deux sur un maillage cylindrique regulier. La discretisation temporelle suit une methode a pas fractionne,avec un schema de Runge-Kutta pour les termes convectifs et un schema de Crank-Nicholson pour les termes diffusifs. La geometrie de l'objet est decrite gr^ace a une fonction courbe de niveau (level set). Pres de l'interface fluide-objet,ces termes sont interpoles a l'ordre deux sans pour autant inffluencer le critere de stabilite de la methode. Le probleme de Stokes est resolu a l'aide de l'algorithme d'Uzawa permettant une precision temporelle d'ordre deux pour la pression. Une approche de type volumes-finis pour le traitement de la divergence assure une conservation de la masse m^eme pres de la paroi. La formulation faible du probleme reliant la pression et la divergence permet de symetriser l'operateur d'Uzawa. Le probleme de Stokes est resolu numeriquement par une methode de gradients conjugues alliee a un preconditionnement par l'inverse du laplacien qui permet une resolution efficace des equations de Navier-Stokes. Le calcul de la force et du moment exerces par le fluide sur l'objet est effectue par l'utilisation d'un volume de contr^ole. La methode a ete comparee aux resultats d'un code spectral-elements spectraux d'ordre 6 deja valide dans d'autres travaux. Le cas test est une sphere placee dans un ecoulement uniforme pour les regimes axisymetrique stationnaire, non axisymetrique stationnaire et instationnaire. Tant qualitativement que quantitativement,la methode donne des resultats en tres bon accord avec les resultats du code spectral-elements spectraux d'ordre plus eleve<br>An immersed boundary method for the simulation of uid ow around arbitrarily shaped objects is presented. It is based on a second order _nite di_erence discretization in a regular cylindrical mesh. Temporal advancement is achieved with a fractional step method using a Runge-Kutta scheme for the non-linear terms and a Crank-Nicholson scheme for the linear terms. Object's geometry is described with a level set method. Near the uid-object interface, linear and non-linear terms are interpolated with second order precision to match wall boundary conditions without a_ecting the stability criteria. The arising Stokes problem is resolved using Uzawa algorithm to ensure second order temporal precision for the pressure. Velocity divergence is calculated with a nite-volume method to ensure mass conservation even near the object wall. The weak formulation of the problem linking the pressure to the divergence makes the Uzawa operator symmetric. The Stokes problem is then numerically solved using a preconditioned conjugate gradient method where the preconditioner is the inverse of the Laplacian which allows an e_cient resolution of the Navier-Stokes equations. The force and the momentum exerted by the uid on the body are computed using a control volume approach. The developed method is compared to a spectral-spectral elements code of sixth order precision previously validated in various works. The case of a sphere in a uniform ow is tested at di_erent ow regimes: stationary axisymmetric regime, stationary non axisymmetric regime and instationary regime. The method is qualitatively as well as quantitatively in good agreement with the results of the higher order spectral code
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Wernert, Philippe. "Méthodes de visualisation et de PIV appliquées à l'étude du décrochage dynamique profond et comparaison avec des résultats de simulation numérique." Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22110.
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Le champ de vitesses autour d'un profil naca 0012 en mouvement de tangage dans des conditions de decrochage dynamique profond a ete mesure, en ecoulement incompressible, a l'aide d'un systeme de piv (particle image velocimetry) photographique. Ces champs de vitesses 2d obtenus ont mis en evidence la structure interne complexe du tourbillon de decrochage dynamique et celle, non moins complexe, de l'ecoulement decolle dans la phase d'incidences decroissantes. La comparaison, a meme incidence, de champs de vitesses pris dans des cycles successifs d'oscillation, a montre le caractere non-reproductible du phenomene. A partir de ces champs de vitesses, une analyse quantitative des champs de vecteur-tourbillon, divergence 2d et taux de deformation a permis de preciser la structure de l'ecoulement. Ces resultats ont mis en evidence la necessite de determiner des champs de vitesses moyen et fluctuant en piv. Quelques idees concernant une telle decomposition champ moyen - champ fluctuant ont ete donnees a partir de resultats obtenus par anemometrie laser doppler (lda) sur un profil oscillant. Enfin, ces champs de vitesses ont ete compares a des images de visualisation par plan laser realisees dans les memes conditions. La comparaison avec des resultats de simulations numeriques issus de la litterature a permis de montrer que les principales phases du phenomene de decrochage dynamique etaient correctement predites, mais que des differences assez nettes entre calculs et mesures apparaissent au niveau des incidences instantanees du profil et de la complexite du processus de decrochage dynamique. Pour ameliorer les resultats numeriques, il semble necessaire de modeliser la geometrie de la soufflerie, d'integrer des modeles de transition laminaire-turbulent (phenomene important d'apres nos mesures de pression parietales en ecoulement stationnaire correspondant) et d'ameliorer le modele de turbulence utilise.
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Beaume, Grégory. "Modélisation et simulation de l'écoulement d'un fluide complexe." Phd thesis, Paris, ENMP, 2008. http://pastel.paristech.org/5458/01/these_G-Beaume.pdf.
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Le travail présenté ici porte sur la simulation numérique de l'écoulement d'un mélange de fluide et de particules solides. Le fluide obéit à une loi de comportement newtonien, et les particules solides sont des bâtonnets ou des sphères, considérées comme des corps indéformables. Ce modèle de fluide complexe est une représentation de composites utilisés en injection. Le but est de connaitre le comportement rhéologique en cisaillement de ce type de suspension. Pour cela nous étudions l'évolution d'un tel mélange dans une cellule cubique, soumise à un cisaillement plan, avec des conditions limites pseudo-périodiques. Les équations décrivant les champs de vitesse et pression dans le fluide sont étendues au domaine solide, en ajoutant une contrainte d'indéformabilité. On se ramène ainsi à un système d'équation en vitesse pression sur le domaine fictif total, résolu par une méthode d'éléments finis. Dans cette approche multidomaine, il est nécessaire de suivre l'évolution des positions des particules solides. Le domaine solide est suivi par sa fonction caractéristique. Une méthode de transport lagrangien est utilisée pour actualiser les positions des particules, puis une méthode de level-set permet d'en déduire à chaque instant la fonction caractéristique associée. Une technique de correction des positions des particules à posteriori permet de réimposer la condition de non-interpénétration des particules. Des calculs d'homogénéisation ont été effectués, permettant notamment de calculer des viscosités équivalentes pour des suspensions de sphères, et de construire des lois de comportement et d'évolution des tenseurs d'orientation pour des suspensions de fibres. L'utilisation de conditions limites pseudo-périodiques permet de limiter les effets de bords dans les calculs d'homogénéisation. Par ailleurs une technique de h-adaptation a été appliquée pour mieux décrire les interfaces. Les premiers résultats obtenus sont en assez bon accord avec les modèles théoriques, et une première simulation d'écoulement d'un mélange a été menée<br>This work is dedicated to numerical simulation of flow of solid-liquid mixtures. The fluid flow obeys a Newtonian behavior and suspended particles are modeled by rigid spheres or sticks. This suspension is appropriate for composites injection molding. Our goal is to better understand the rheological behavior of such a mixture under a shear flow. So we consider the evolution of this mixture in a cubic cell, under a shear flow, with pseudo-periodic boundary conditions. We extend the velocity-pressure equations to solid domain by adding a rigid constraint. Thus we obtain a system of velocity-pressure equations defined on the whole fictitious domain that we solve by a Finite Element method. In this multidomain approach, we have to follow the evolution of the positions of solid particles. The solid domain is represented by a characteristic function. A lagrangian transport is used to update the positions of particles, and the corresponding characteristic function is deduced at any time thanks to a Level-Set method. A collision algorithm is used after this transport to correct positions and prevent particles from interpenetrating. Homogenization calculus have been done in order to estimate equivalent viscosity for suspensions of spheres, and behavior laws and models for evolution of orientation tensors in suspensions of fibers. Boundary effects are reduced thanks to pseudo-periodic boundary conditions. Moreover the interface description is improved by a h-adaptation technique. Our results are in rather good agreement with theoretical models, and a first simulation of a 3D mixture flow is presented
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Riffaud, Sébastien. "Modèles réduits : convergence entre calcul et données pour la mécanique des fluides." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0334.
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L'objectif de cette thèse est de réduire significativement le coût de calcul associé aux simulations numériques gouvernées par des équations aux dérivées partielles. Dans ce but, nous considérons des modèles dits "réduits", dont la construction consiste typiquement en une phase d'apprentissage, au cours de laquelle des solutions haute-fidélité sont collectées pour définir un sous-espace d'approximation de faible dimension, et une étape de prédiction, qui exploite ensuite ce sous-espace d'approximation conduit par les données afin d'obtenir des simulations rapides voire en temps réel. La première contribution de cette thèse concerne la modélisation d'écoulements gazeux dans les régimes hydrodynamiques et raréfiés. Dans ce travail, nous développons une nouvelle approximation d'ordre réduite de l'équation de Boltzmann-BGK, basée sur la décomposition orthogonale aux valeurs propres dans la phase d'apprentissage et sur la méthode de Galerkin dans l'étape de prédiction. Nous évaluons la simulation d'écoulements instationnaires contenant des ondes de choc, des couches limites et des vortex en 1D et 2D. Les résultats démontrent la stabilité, la précision et le gain significatif des performances de calcul fourni par le modèle réduit par rapport au modèle haute-fidélité. Le second sujet de cette thèse porte sur les applications du problème de transport optimal pour la réduction de modèles. Nous proposons notamment d'employer la théorie du transport optimal afin d'analyser et d'enrichir la base de données contenant les solutions haute-fidélité utilisées pour l'entraînement du modèle réduit. Les tests de reproduction et de prédiction d'écoulements instationnaires, gouvernés par l'équation de Boltzmann-BGK en 1D, montrent l'amélioration de la précision et de la fiabilité du modèle réduit résultant de ces deux applications. Finalement, la dernière contribution de cette thèse concerne le développement d'une méthode de décomposition de domaine basée sur la méthode de Galerkin discontinue. Dans cette approche, le modèle haute-fidélité décrit la solution où un certain degré de précision est requis, tandis que le modèle réduit est employé dans le reste du domaine. La méthode de Galerkin discontinue pour le modèle réduit offre une manière simple de reconstruire la solution globale en raccordant les solutions locales à travers les flux numériques aux interfaces des cellules. La méthode proposée est évaluée pour des problèmes paramétriques gouvernés par les équations d'Euler en 1D et 2D. Les résultats démontrent la précision de la méthode proposée et la réduction significative du coût de calcul par rapport aux simulations haute-fidélité<br>The objective of this thesis is to significantly reduce the computational cost associated with numerical simulations governed by partial differential equations. For this purpose, we consider reduced-order models (ROMs), which typically consist of a training stage, in which high-fidelity solutions are collected to define a low-dimensional trial subspace, and a prediction stage, where this data-driven trial subspace is then exploited to achieve fast or real-time simulations. The first contribution of this thesis concerns the modeling of gas flows in both hydrodynamic and rarefied regimes. In this work, we develop a new reduced-order approximation of the Boltzmann-BGK equation, based on Proper Orthogonal Decomposition (POD) in the training stage and on the Galerkin method in the prediction stage. We investigate the simulation of unsteady flows containing shock waves, boundary layers and vortices in 1D and 2D. The results demonstrate the stability, accuracy and significant computational speedup factor delivered by the ROM with respect to the high-fidelity model. The second topic of this thesis deals with the optimal transport problem and its applications to model order reduction. In particular, we propose to use the optimal transport theory in order to analyze and enrich the training database containing the high-fidelity solution snapshots. Reproduction and prediction of unsteady flows, governed by the 1D Boltzmann-BGK equation, show the improvement of the accuracy and reliability of the ROM resulting from these two applications. Finally, the last contribution of this thesis concerns the development of a domain decomposition method based on the Discontinuous Galerkin method. In this approach, the ROM approximates the solution where a significant dimensionality reduction can be achieved while the high-fidelity model is employed elsewhere. The Discontinuous Galerkin method for the ROM offers a simple way to recover the global solution by linking local solutions through numerical fluxes at cell interfaces. The proposed method is evaluated for parametric problems governed by the quasi-1D and 2D Euler equations. The results demonstrate the accuracy of the proposed method and the significant reduction of the computational cost with respect to the high-fidelity model
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Becheikh, Nidhal. "Modélisation et simulation numérique de la dégradation photocatalytique d'un polluant modèle dans un microréacteur." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0333/document.
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L'implantation dans l'industrie de la photocatalyse nécessite de nouvelles recherches afin de contrôler et dimensionner les réacteurs photocatalytiques. Une solution innovante concerne la microstructuration des réacteurs. En effet, elle permet d'augmenter l'efficacité catalytique en améliorant le contact du polluant avec le catalyseur. L'objectif de la thèse concernait la destruction d'un polluant modèle, l'acide salicylique, par un catalyseur (TiO2) déposé au fond d'un microcanal. La recherche repose sur des expérimentations mais aussi sur des simulations permettant de prévoir la dégradation photocatalytique pour une configuration de réacteur donnée. Dans nos conditions expérimentales de faible débit, nous avons mis en évidence une dispersion axiale et un gradient de concentration entre la surface catalytique et le milieu réactionnel. En tenant compte des conditions d'écoulement, nous avons montré que le gradient de vitesse est plus marqué dans les microréacteurs de faible section de passage. Ce gradient favorise la formation de zones de recirculation près de la surface catalytique créant ainsi des conditions favorables au contact entre le polluant et la surface catalytique. A l'aide d'un logiciel numérique, nous avons simulé la réaction de dégradation photocatalytique qui permet de rendre compte de nos résultats expérimentaux. D'une part, le rôle primordial de la diffusion vers la surface catalytique a été mis en évidence. D'autre part, la simulation numérique nous a permis d'établir la relation du nombre de Sherwood en fonction des nombres de Reynolds, de Schmidt et du diamètre hydraulique du microcanal. Cette relation permet d'estimer la constante de transfert de matière pour représenter correctement la dégradation quel que soit le type de microréacteur envisagé<br>Industrial photocatalysis applications requires further research to control and design photocatalytic reactors. The micro structuring of reactors is an innovative solution. It increases the catalytic efficiency by improving the contact of the pollutant with the catalyst. Thesis aim concerned the destruction of a model pollutant, salicylic acid, with deposited catalyst (TiO2) at the bottom of a microchannel. The research is based on experiments and simulations to predict the photocatalytic degradation for a given reactor configuration. In our experimental conditions of low flow, an axial dispersion and a concentration gradient between the catalyst surface and the reaction medium have been demonstrated. We have shown that the gradient of velocity is more pronounced in low cross section microreactors. This gradient allows the formation of recirculation zones near the catalytic surface thus creating favorable conditions for contact between the pollutant and the catalytic surface. Using numerical soft, we have simulated the reaction of photocatalytic degradation to represent our experimental results. On a one hand, the role of diffusion to the catalytic surface has been demonstrated. On the other hand, numerical simulation has allowed to establish a relationship between the Sherwood number as a function of Reynolds number, Schmidt and the hydraulic diameter of the microchannel. This relationship is used to estimate the mass transfer constant to represent correctly the photocatalytic degradation
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Himdi, Morjane. "Contribution à la simulation numérique des écoulements de fluides compressibles et peu compressibles par le code de calcul Kiva-II." Lille 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LIL10113.
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L'objectif de cette thèse est d'apporter une contribution à la modélisation des écoulements de fluides compressibles et peu compressibles en utilisant le code de calcul kiva-ii. La première partie est consacrée à l'aspect théorique du problème, conduisant à une formulation mathématique adéquate. On y montre notamment les difficultés de la résolution numérique des équations de Navier-Stokes dans le cas des écoulements de fluides dits peu compressibles (écoulements à faible nombre de mach). Ces difficultés sont dues essentiellement à la grande disparité qu'il y a entre le temps caractéristique de la propagation des ondes acoustiques et celui lié à la convection. Une méthode est alors développée, elle consiste à utiliser l'hypothèse de faible nombre de mach pour éliminer les ondes acoustiques présentes dans l'écoulement et qui sont sans intérêts dans ce cas. Dans la deuxième partie, nous avons abordé l'étude des différentes méthodes numériques utilisées dans le code kiva-ii, ainsi que la caractérisation des algorithmes de résolution dont ils font appel. Une discussion concernant ce code, et les principales modifications dont il a fait l'objet sont présentées dans la troisième et la quatrième partie. La cinquième partie est consacrée à la présentation des cas tests que nous avons traités pour valider les différentes méthodes adoptées. Dans la sixième partie, nous avons abordé les modèles physiques pour la turbulence. Trois modèles de fermeture (modèle longueur de mélange, modèle à une équation de transport et modèle à deux équations de transport) sont alors étudiés et comparés
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Bouchiba, Hassan. "Contributions en traitements basés points pour le rendu et la simulation en mécanique des fluides." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM076/document.
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Le nuage de points 3D est la donnée obtenue par la majorité des méthodes de numérisation surfacique actuelles. Nous nous intéressons ainsi dans cette thèse à l'utilisation de nuages de points comme unique représentation explicite de surface. Cette thèse présente deux contributions en traitements basés points. La première contribution proposée est une nouvelle méthode de rendu de nuages de points bruts et massifs par opérateurs pyramidaux en espace image. Cette nouvelle méthode s'applique aussi bien à des nuages de points d'objets scannés, que de scènes complexes. La succession d'opérateurs en espace image permet alors de reconstruire en temps réel une surface et d'en estimer des normales, ce qui permet par la suite d'en obtenir un rendu par ombrage. De plus, l'utilisation d'opérateurs pyramidaux en espace image permet d'atteindre des fréquences d'affichage plus élevées d'un ordre de grandeur que l'état de l'art .La deuxième contribution présentée est une nouvelle méthode de simulation numérique en mécanique des fluides en volumes immergés par reconstruction implicite étendue. La méthode proposée se base sur une nouvelle définition de surface implicite par moindres carrés glissants étendue à partir d'un nuage de points. Cette surface est alors utilisée pour définir les conditions aux limites d'un solveur Navier-Stokes par éléments finis en volumes immergés, qui est utilisé pour simuler un écoulement fluide autour de l'objet représenté par le nuage de points. Le solveur est interfacé à un mailleur adaptatif anisotrope qui permet de capturer simultanément la géométrie du nuage de points et l'écoulement à chaque pas de temps de la simulation<br>Most surface 3D scanning techniques produce 3D point clouds. This thesis tackles the problem of using points as only explicit surface representation. It presents two contributions in point-based processing. The first contribution is a new raw and massive point cloud screen-space rendering algorithm. This new method can be applied to a wide variety of data from small objects to complex scenes. A sequence of screen-space pyramidal operators is used to reconstruct in real-time a surface and estimate its normals, which are later used to perform deferred shading. In addition, the use of pyramidal operators allows to achieve framerate one order of magnitude higher than state of the art methods. The second proposed contribution is a new immersed boundary computational fluid dynamics method by extended implicit surface reconstruction. The proposed method is based on a new implicit surface definition from a point cloud by extended moving least squares. This surface is then used to define the boundary conditions of a finite-elements immersed boundary transient Navier-Stokes solver, which is used to compute flows around the object sampled by the point cloud. The solver is interfaced with an anisotropic and adaptive meshing algorithm which refines the computational grid around both the geometry defined by point cloud and the flow at each timestep of the simulation
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Glinsky, Nathalie. "Simulation numérique d'écoulements hypersoniques réactifs hors-équilibre chimique." Nice, 1990. http://www.theses.fr/1990NICE4428.
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Le but de ce travail est de simuler numériquement l'écoulement hypersonique autour d'un engin spatial lors de sa rentrée atmosphérique. On résout d'abord un problème monodimensionnel modélisant les phénomènes de dissociation chimique et de relaxation derrière un choc fort détaché par une méthode d'avancement en espace. On examine ensuite la stabilité des schémas décentrés pour les équations bidimensionnelles de convection et de convection-diffusion d'une espèce. On étudie ensuite des écoulements réactifs bidimensionnels régis par les équations d'Euler puis de Navier-Stokes auxquelles on ajoute un modèle de dissociation chimique hors-équilibre. Dans une approche pseudo-instationnaire, on utilise une discrétisation spatiale de type mixte volumes finis/éléments finis P1 décentrés applicable à des maillages triangulaires non structurés. L’extension à l'ordre 2 est faite par la méthode M. U. S. C. L. L'introduction des équations de bilan des espèces est réalisée selon l'approche découplée et l'utilisation d'un gamma-équivalent. Le terme de production des espèces est traité implicitement. Cette méthode est validée. On présente enfin des solutions numériques d'écoulements (non visqueux et visqueux) autour de corps émoussés et d'une géométrie de double-ellipse modélisant la navette européenne HERMES
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Weber, Carlos. "Développement de méthodes implicites pour les équations de Navier-Stokes moyennées et la simulation des grandes échelles : application à l'aérodynamique externe." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT045H.
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Le premier objectif de cette thèse est de développer un code de calcul Navier-Stokes multi-blocs parallèle à la fois rapide et robuste, qui puisse être utilisé pour la conception aérodynamique dans un contexte industriel. La procédure d'intégration temporelle utilisée pour résoudre les équations de Navier-Stokes compressibles est la méthode du LU-SGS (Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel). Pour éviter la dégradation de convergence inhérente à ce type de schéma sur des maillages fortement irréguliers, une version matricielle utilisant au choix le schéma décentré de Roe où le schéma centré de Jamson est développée. Il est alors possible de simuler l'écoulement turbulent autour d'un avion complet sur un maillage de 3,5 millions de points en une nuit (modèles de turbulence : Baldwin-Lomax ou Spalart-Allmaras). La seconde partie de l'étude concerne l'extension de ce code industriel à la simulation de grandes échelles (SGE). Le modèle de sous-maille utilisé est la fonction de structure filtrée (FSF), en conjonction avec une nouvelle correction d'amortissement à la paroi. La méthode implicite est étendue aux cas instationnaires, et plus particulièrement aux applications SGE. L'influence de la discrétisation spatiale des termes convectifs (formulation Skew-Symmetric ou divergente) en volumes finis est évalué. En utilisant cette méthode, une SGE de l'écoulement turbulent autour du profil A de l'Aérospatiale en configuration proche du décrochage est réalisée. En comparaison avec une méthode explicite classique, le temps CPU nécessaire à la simulation est réduit d'un facteur cinq.
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Denel, Bertrand. "Simulation numérique et couplage de modèles thermomécaniques puits-milieux poreux." Pau, 2004. http://www.theses.fr/2004PAUU3021.
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Afin d'interpréter les variations de température que l'on sait désormais mesurer de manière permanente dans les puits de pétrole, et ainsi de mieux caractériser les réservoirs, on développe une approche directe qui modélise finement le comportement dynamique et thermique des fluides en écoulement, tant dans le puits que dans le réservoir. On propose pour cela de coupler un modèle réservoir, notamment caractérisé par une équation de conservation de l'énergie non standard incluant les effets de dissipation visqueuse et de compressibilité, avec un nouveau modèle de puits pseudo 1D. L'originalité de ce dernier modèle consiste à dériver une approximation conforme d'un modèle 2D et ainsi à prendre en compte la direction privilégiée de l'écoulement et la géométrie particulière du puits, en explicitant la dépendance des inconnues dans la direction radiale. Pour chacun des modèles, la discrétisation des flux met en œuvre les éléments finis conservatifs de Raviart-Thomas, ce qui nous assure des conditions de raccord naturelles à l'interface. Une analyse des formulations mixtes alors obtenues montre que les problèmes semi-discrétisés sont bien posés, puis des résultats numériques sont présentés sur des cas d'étude réels. Enfin, une approche globale du couplage de nos deux modèles est exposée<br>In order to interpret recorded temperatures in petroleum wellbores, and thus to better characterize reservoirs, we develop a direct model, coupling the wellbore and the reservoir at both dynamic and thermal levels. To reach this goal, we couple a reservoir model, notably including viscous dissipation and compressibility effect, with a new pseudo 1D model. The original aspect of the latter model is to derive a conform approximation from a 2D model and by this way, to take into account the privileged direction of the flow, as well as the particular geometry of the wellbore, by explicitly writing the dependency of the unknowns in the radial direction. For each model, the fluxes are approximated by conservative Raviart-Thomas elements, ensuring natural transmission conditions at the interface. An analysis of the resulting mixed formulations is carried out and the well-posedness of the semi-discretized problems is established. Then, numerical results including real study cases are presented. Finally, a global coupling approach of the two models is exposed
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Sun, Zhengyu. "Simulation numérique par éléments finis de l'hydrodynamique tridimensionnelle à l'intérieur des cuves agitées." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1989. http://www.theses.fr/1989ECDL0007.
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On presente une approche numerique du probleme d'agitation mecanique a l'interieur des cuves agitees. La methode des elements finis utilisee permet de calculer des ecoulements laminaires de fluides visqueux incompressibles, newtoniens ou pseudoplastiques, generes par l'agitation mecanique. La discretisation du systeme d'equations instationnaires et non lineaires est deduite d'une methode de differences finies a trois pas fractionnaires en temps, couplee a une methode d'elements finis pour l'approximation spatiale des variables primitives. Le programme permet de prendre en compte differents nombres de reynolds et differents types de geometries et d'agitateurs. Les maillages des diverses geometries representatives des systemes d'agitation sont fournis par un preprocesseur specialement developpe pour cette these. On presente ici des solutions numeriques d'ecoulement isothermes de fluides pseudoplastiques dans des cuves cylindriques a fond plat pour deux types d'agitateurs particuliers, a savoir: le disque rotatif et la vis helicoidale. En ce qui concerne le premier, des comparaisons avec des resultats bidimensionnels axisymetriques issus de la litterature ont ete effectuees. Une premiere confrontation entre des resultats numeriques et experimentaux relatifs a la vis helicoidale a egalement ete commentee
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Faucher, Eric. "Simulation numérique des écoulements unidimensionnels instationnaires avec autovaporisation." Phd thesis, Université Paris XII Val de Marne, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01026372.
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Afin d'étudier le comportement des organes de robinetterie, notamment des soupapes de sûreté à ressort, en conditions accidentelles, on s'est intéressé à la simulation des écoulements avec autovaporisation. Ces écoulements diphasiques sont susceptibles d'être rencontrés dans toute installation industrielle utilisant des liquides sous pression. Dans le cas de l'ouverture d'une soupape, la dynamique du clapet est particulièrement sensible aux variations de la pression sous celui-ci. Il est donc indispensable de pouvoir simuler précisément des transitoires très rapides. Cette recherche a été menée selon deux axes : 1°) La modélisation physique du mécanisme de vaporisation par dépressurisation. 2°) La simulation numérique des modèles dans le cas d'écoulements fortement instationnaires. D'un point de vue physique, deux modèles d'autovaporisation ont été étudiés ; le modèle homogène relaxé (HRM), proposé par Bilicki et al., et le modèle développé par Jones et al.. Ils supposent tous les deux l'égalité des pressions et des vitesses dans les phases liquide et gazeuse, et que la vapeur apparaît dans les conditions de saturation. Une comparaison des résultats de ces modèles a été effectuée dans le cas d'écoulements stationnaires, en s'appuyant sur les données expérimentales mesurées sur la boucle Super Moby-Dick du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) de Grenoble. Concernant l'aspect numérique, Il est à noter que les systèmes d'équations obtenus sont inconditionnellement hyperboliques, mais non conservatifs dans le cas unidimensionnel, à cause de la présence des termes de variation de la section en espace et en temps. Des schémas numériques de type Volumes Finis ont donc été développés pour prendre en compte la présence de termes sources raides, et l'utilisation de lois d'état complexes pour des fluides réels. Une attention particulière a été portée sur le calcul des conditions aux limites. Trois schémas numériques ont été testés, VFROE en variables non conservatives, le schéma de Rusanov, et une version modifiée du schéma de Roe. Une étude comparative détaillée des performances de chaque schéma a été menée pour des écoulements instationnaires et stationnaires gazeux, liquides et diphasiques. Elle met en évidence que le schéma VFROE-ncv est le plus précis, et que le schéma de Rusanov est le plus robuste. Une stratégie combinant ces deux schémas est donc envisagée.
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Oussama, Chikhaoui. "Simulations des grandes échelles et modélisations hybrides RANSE/LES pour le calcul d'écoulements turbulents de grande complexité." Nantes, 2007. http://www.theses.fr/2007NANT2143.
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Au cours de ce travail de thèse, on s’intéresse aux simulations des grandes échelles et aux modèlisations hybrides RANSE/LES. Les capacités du solveur ISIS-CFD initialement conçu pour la résolution des équations Navier-Stokes en moyenne de Reynolds, ont été étendues à ces différentes méthodes en intégrant différents modèles de turbulence de façon à envisager un code de calcul complet capable de traiter une large gamme de problèmes complexes de nature académique ou industrielle. Les modèles et les méthodes numériques choisis et implémentés ont été justifiés et validés sur plusieurs cas test académiques et ont fait l’objet de comparaisons concluantes avec d’autres codes de calcul dans les contextes LES et hybrides. Les méthodes hybrides étudiées ont montré une bonne capacité à retrouver les solutions escomptées tout en permettant une grande économie en résolution de maillage. Un critère basé sur l’évaluation du résidu du budget de quantité de mouvement de l’écoulement moyen a également été proposé comme indicateur des erreurs numériques commises dans les simulations LES et hybrides. Finalement, des simulations d’écoulements turbulents complexes utilisant des modélisations hybrides ont été entreprises. L’utilisation des modélisations hybrides pour le calcul de l’écoulement autour d’un modèle simplifié de voiture en dérapage (corps de Willy) permet de reproduire, avec fidélité et à moindre coût, les observations expérimentales d’un écoulement turbulent de grande complexité<br>This PhD thesis deals with the Large Eddy Simulation and the hybrid RANSE/LES modelization. The abilityof ISIS-CFD flow solver, originally designed for solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, was extended to these different methods by integrating different turbulence models in order to provide a computing code able to deal with a wide range of academic and industrial complex problems. The models and numerical methods chosen and implemented were justified and validated over several academic test cases and comparisons of LES and hybrid simulations using different flow solvers have been successful. Hybrid methods studied showed a good ability to find expected solutions allowing a large saving in mesh resolution. A criterion based on the assessment of the residual of the momentum budget of the averaged flow is also proposed as an indicator of the numerical errors committed in LES and hybrid simulations. Finally, the simulation of complex turbulent flows using hybrid models have been undertaken. The use of RANS/LES models for the computation of the flow around a skidding simplified car model can reproduce faithfully and cheaply, the experimental observations of a turbulent flow of great complexity
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Caleyron, Fabien. "Simulation numérique par la méthode SPH de fuites de fluide consécutives à la déchirure d'un réservoir sous impact." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00711040.
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Le récent développement des menaces terroristes renforce l'effort de recherche du CEA et d'EDF pour la protection des citoyens et des installations. De nombreux scénarios doivent être envisagés comme, par exemple, la chute d'un avion de ligne sur une structure de génie civil. La dispersion du carburant dans la structure, son embrasement sous forme de boule de feu et les effets thermiques associés sont des éléments essentiels du problème. L'utilisation de modèles numériques est indispensable car des expériences seraient difficiles à mettre en œuvre, coûteuses et dangereuses. Le problème type que l'on cherche à modéliser est donc l'impact d'un réservoir rempli de fluide, sa déchirure et la dispersion de son contenu. C'est un problème complexe qui fait intervenir une structure mince avec un comportement fortement non-linéaire allant jusqu'à rupture, un fluide dont la surface libre peut varier drastiquement et des interactions fluide-structure non permanentes. L'utilisation des méthodes numériques traditionnelles pour résoudre ce problème semble difficile, essentiellement parce qu'elles reposent sur un maillage. Cela complique la gestion des grandes déformations, la modélisation des interfaces variables et l'introduction de discontinuités telles que les fissures. Afin de s'affranchir de ces problèmes, la méthode sans maillage SPH (\og Smoothed Particle Hydrodynamics \fg) a été utilisée pour modéliser le fluide et la structure. Ce travail, inscrit dans la continuité de recherches précédentes, a permis d'étendre un modèle de coque SPH à la modélisation des ruptures. Un algorithme de gestion des interactions fluide-structure a également été adapté à la topologie particulière des coques. Afin de réduire les coûts de calcul importants liés à ce modèle, un couplage avec la méthode des éléments finis a également été élaboré. Il permet de n'utiliser les SPH que dans les zones d'intérêt où la rupture est attendue. Finalement, des essais réalisés par l'ONERA sont étudiés pour valider la méthode. Ces travaux ont permis de doter le logiciel de dynamique rapide Europlexus d'un outil original et efficace pour la simulation des impacts de structures minces en interaction avec un fluide. Un calcul démonstratif montre enfin la pertinence de l'approche et sa mise en œuvre dans un cadre industriel.
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Basset, Olivier. "Simulation numérique d'écoulements multi-fluides sur grille de calcul." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00376484.
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Cette thèse porte sur le développement de méthodes numériques pour le calcul d'écoulements incompressibles multi-fluides sur grille de calcul, s'inscrivant ainsi dans le cadre du projet MecaGrid.Une étude de la grille MecaGrid met en évidence son caractère hétérogène et ses conséquences. Plusieurs techniques d'optimisation sont présentées afin d'améliorer son utilisation : répartir la masse de calcul de façon adaptée, et privilégier le travail des processeurs vis-à-vis des communications réseaux pénalisantes.Des méthodes numériques sur maillage non structuré composé de tétraèdres sont choisies pour réaliser la simulation directe d'écoulements multi-fluides avec capture d'interface. Nous adoptons une approche unique qui rappelle celle du Multiscale, dans laquelle la condensation d'une fonction Bulle pyramidale est utilisée comme technique universelle de stabilisation.Les équations de Navier-Stokes incompressible sont résolues par une méthode éléments finis mixtes à interpolation P1+/P1. Un schéma temporel d'Euler implicite est appliqué, en association avec un algorithme de Newton pour linéariser le problème.Les interfaces sont capturées par une technique Level Set à interpolation continue P1 qui consiste à résoudre une équation de transport stabilisée par la condensation d'une Bulle (Residual-Free Bubbles). Le couplage avec une équation d'Hamilton-Jacobi permet de réinitialiser la fonction Level Set au court de son transport. La comparaison avec une méthode Galerkin discontinue proche du Volume of Fluid montre que le Level Set se distingue par sa simplicité et l'absence de diffusion numérique.Enfin, les simulations numériques sont validées par plusieurs cas test reconnus.
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Louste, Christophe. "Conception d'une méthode de planification de déplacement pour robot mobile selon la méthode des milieux continus appliquée aux fluides visqueux incompressibles." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20196.
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Le travail presente dans cette these vise a ameliorer la planification de chemins pour robots mobiles evoluant sur terrains accidentes. Nous avons developpe une methode de planification originale basee sur les proprietes d'ecoulement des fluides visqueux qui construit des routes garantissant la securite du robot. Dans ce memoire de these, nous montrons que les fluides visqueux incompressibles s'ecoulent, de maniere naturelle, sous formes de canaux (routes) qui contournent les obstacles, evitent les impasses et circulent par toutes les issues possibles. Nous traitons le probleme de la construction de routes : entre deux points de l'espace (depart, arrivee), mais egalement dans le cas de missions a objectifs multiples, sur des espaces plan. Nous utilisons les forces de frottements exterieures pour optimiser la construction des routes en fonction des criteres de mission (recherche de la route la plus courte, minimiser la depense d'energie d'un vehicule,) mais egalement pour construire des routes a partir terrains reels en tenant compte de la denivellation et de la nature du sol. Nous comparons les resultats obtenus avec les chemins calcules par un algorithmes genetiques. Enfin, pour respecter les contraintes cinematiques des vehicules, nous minorons le rayon de courbure des routes construites grace a une variation locale de la viscosite. Nous tenons compte de la contrainte exercee par le milieu au moyen l'exemple d'une particule navigant dans le courant. Les resultats obtenus sont illustres par des simulations de planification.
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Andrillon, Yann. "Simulation d'écoulements à surface libre par une méthode de capture d'interface en formulation totalement couplée." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2019.
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Dans ce mémoire, il est présenté le développement d'un outil numérique destiné à la simulation d'écoulements quelconques à surface libre. Cet outil se caractérise par l'emploi d'une méthode fortement couplée pour la résolution des équations de Navier-Stokes et par l'utilisation d'une technique dite de capture d'interface pour localiser la surface libre. Dans la première partie de l'ouvrage, la validation de la technique de capture d'interface est réalisée. Brièvement, cette technique consiste à simuler l'écoulement d'un seul fluide dont les caractéristiques physiques (viscosité et masse volumique) varient au travers d'une zone de transition : zone supposée coi͏̈ncider avec la surface libre. La localisation de celle-ci est réalisée par la valeur d'un indicateur : la fraction de volume. L'évolution temporelle et spatiale de cette zone est obtenue par la résolution d'une équation de convection. La résolution de cette équation est implicite et ne nécessite pas de reconstruction d'interface. La seconde partie du document présente une description détaillée de la discrétisation des équations de Navier-Stokes utilisée et de la construction du système numérique. Dans cette partie, nous présentons et décrivons deux formulations numériques du problème se distinguant par une prise en compte différente du terme de masse volumique. Puis, la question de la compatibilité entre les discrétisations des équations de conservation est traitée. Enfin, pour conclure le mémoire, les outils numériques présentés sont validés par comparaison avec des résultats expérimentaux pour une grande variété de problèmes : sloshing, effondrement d'une colonne d'eau, instabilités de Rayleigh-Taylor, écoulement autour d'un profil immergé et la génération de houle. Enfin, quelques applications tridimensionnelles comme l'écoulement autour d'une carène sont décrites.
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Longuemare, Pascal. "Couplage hydromécanique pour des lois de comportement non linéaires : application à des problèmes pétroliers." Lille 1, 1996. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1996/50376-1996-424.pdf.
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L'etude presentee dans ce travail a pour objectif d'apporter des elements permettant d'ameliorer la description de la contribution de la roche aux ecoulements de fluide dans les modelisations des bassins sedimentaires et des reservoirs petroliers. Apres une etude du comportement mecanique des craies tres poreuses et des argiles fortement compactees, nous elaborons un modele de comportement permettant de reproduire la reponse mecanique de ces materiaux selon les sollicitations mecaniques rencontrees lors de l'etude des reservoirs petroliers et des bassins sedimentaires. Ce modele de comportement est ensuite integre dans une approche poromecanique couplee. Cette approche couplee vise a montrer l'apport d'une description rigoureuse des deformations de la roche dans les etudes de reservoirs et de bassins et a determiner le domaine de validite des hypotheses mecaniques realisees dans les methodes actuelles. La modelisation hydromecanique couplee du comportement des reservoirs petroliers permet de representer l'influence des conditions aux limites sur les chemins de contrainte dans le milieu de production et sur les taux de recuperation de fluide. L'etude des bassins sedimentaires met en evidence l'importance d'une prise en compte des deformations differees dans les modelisations de bassins dues a une difference d'echelle de temps entre les mesures de terrain et de laboratoire.
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Lleras, Vanessa. "Modélisation, analyse et simulation de problèmes de contact en mécanique des solides et des fluides." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00442074.
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La modélisation des problèmes de contact pose de sérieuses difficultés qu'elles soient conceptuelles, mathématiques ou informatiques. Motivés par le rôle fondamental que jouent les phénomènes de contact, nous nous intéressons à la modélisation, l'analyse et la simulation de problèmes de contact intervenant en mécanique des solides et des fluides. Dans une première partie théorique, on étudie le comportement asymptotique de solutions de problèmes variationnels dépendant du temps issus de la mécanique du contact frottant. La deuxième partie est consacrée au contrôle de la qualité des calculs en mécanique des solides. Guidés par la recherche de la formulation et l'étude du contact dans la méthode des éléments finis étendus (XFEM), nous étudions notamment les estimateurs d'erreur par résidu pour la méthode XFEM dans le cas linéaire, ceux pour le problème de contact unilatéral avec frottement de Coulomb approchés par une méthode d'éléments finis standard et l'extension au cas de méthodes mixtes stabilisées (i.e., ne nécessitant pas de condition inf-sup). Cette partie s'achève par la définition du problème de contact avec XFEM suivie d'une estimation a priori de l'erreur. La troisième partie concerne la simulation numérique en mécanique des fluides, plus précisément du problème de contact de la dynamique des globules rouges évoluant dans un fluide régi par les équations de Navier-Stokes en dimension deux.
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Santoso, Mas Simon. "Simulation d'écoulements fluides à partir de données réelles." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0011.
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Les nuages de points sont des objets mathématiques permettant de décrire de manière discrète des fonctions à plusieurs variables. Ils sont principalement utilisés dans le domaine statistique mais on les retrouve également en géométrie afin de représenter des variétés géométriques complexes. Il est aujourd'hui difficile d'intégrer les objets représentés par ces nuages de points dans des calculs éléments finis car l'intégration de ces nuages de points requiert la reconstruction de la variété ainsi que la génération d'un maillage surfacique qu'il faut intégrer dans un maillage volumique. Ces opérations sont souvent basées sur des processus itératifs et sont extrêmement coûteuses en temps car les nuages de points utilisés sont de très grande taille. La méthodologie développée dans cette thèse permet d'immerger des nuages de points dans un domaine maillé sans passer par les étapes de reconstruction de surface et de génération de maillage. On utilise la technique d'immersion de volume adaptée aux nuages de points. Cette technique est couplée avec une méthode d'adaptation de maillage. Cela nous permettra de générer un maillage anisotropique adapté autour des zones d'intérêt. On utilise ensuite la méthode variationnelle multi-échelle afin de simuler des écoulements fluides. Cette technique est une extension de la méthode éléments finis classique permettant de simuler des écoulements à forte convection et à haut nombre de Reynolds. La dernière partie de ce manuscrit présente quelques cas d'application dans le domaine aérodynamique, hydrodynamique et urbains<br>Points clouds are mathematical objects that allows to describe discretely multivariable functions. They are mainly used in the statistical domain but also in geometrical manifolds. It is nowadays a real challenge to immerse the previous manifolds in finite element computation. Indeed, the immersion of those points clouds requires the reconstruction of the surface of the manifold and the generation of a surfacic mesh. As those operations are often based on an iterative process, they are extremely time-consuming as points clouds are usually massive. The method developed in this thesis allows to immerse points clouds in a meshed domain without the surface reconstruction and mesh generations steps. For that purpose, we use the Volume Immersion Method adapted to point clouds. We coupled this method with an adaped mesh generation technique. Then we are able to generate a monolithic anisotropic mesh, adapted around interest zones. We also use the variational multi-scale method to simulate fluid flow. This method is an extension of the classical finite element method and allows to simulate fluid flow. The last part of this thesis introduce some applications cases in the aerodynamic and urbans domains
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Morente, Antoine. "Développement d'une méthode de pénalisation pour la simulation d'écoulements liquide-bulles." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19922/1/MORENTE_Antoine.pdf.
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Ce travail est dédié au développement d'une méthode numérique pour la simulation des écoulements liquide-bulles. La présence des bulles dans l'écoulement visqueux et incompressible est prise en compte via une méthode de pénalisation. Dans cette représentation Euler-Lagrange, les bulles supposées indéformables et parfaitement sphériques sont assimilées à des objets pénalisés interagissant avec le fluide. Une méthode VOF (Volume Of Fluid) est employée pour le suivi de la fonction de phase. Une adaptation de la discrétisation des équations de Navier-Stokes est proposée afin d'imposer la condition de glissement à l'interface entre le liquide et les bulles. Une méthode de couplage entre le mouvement des bulles et l'action du liquide est proposée. La stratégie de validation est la suivante. Dans un premier temps, une série de cas-tests est proposée; les objets pénalisés sont supposés en non-interaction avec le fluide. L'étude permet d'exhiber la convergence et la précision de la méthode numérique. Dans un second temps le couplage est testé via deux types de configurations de validation. Le couplage est d'abord testé en configuration de bulle isolée, pour une bulle en ascension dans un liquide au repos pour les Reynolds Re=17 and Re=71. Les résultats sont comparés avec la théorie établie par la corrélation de Mei pour les bulles sphériques propres décrivant intégralement la dynamique de la bulle. Enfin, des simulations en configurations de nuage de bulles sont présentées, pour des populations mono- et bidisperses dans un domaine entièrement périodique pour des taux de vide s'établissant entre 1% et 15%. Les statistiques fournies par les simulations caractérisant l'agitation induite par les bulles sont comparées à des résultats expérimentaux. Pour les simulations de nuages de bulles bidisperses, de nouveaux résultats sont présentés.
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Thomine, Olivier. "Développement de méthodes multi-échelles pour la simulation numérique des écoulements réactifs diphasiques." Phd thesis, Université de Rouen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00683632.
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L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes numériques dans un code de simulation numérique direct contenant une méthode de suivi Lagrangien de phase disperse. Ces méthodes numériques ont permis d'optimiser le suivi Lagrangien parallèle des gouttes afin de pouvoir simuler de très grands domaines. Un algorithme de gestion des collisions entre les gouttes a aussi été développé et mis en place ainsi qu'une procédure permettant d'intégrer des corps immergés de formes quelconques. Ces méthodes numériques ont permis d'effectuer des simulations de référence et d'obtenir des statistiques détaillées de diverses configurations telles que le croisement de jets de gouttes qui se collisionnent ou bien la propagation d'un front de flamme dans un spray évaporant. La comparaison de ces caractéristiques avec les mêmes simulations où la prise en charge du spray était effectuée par une méthode Eulérienne multi-fluide ont été faites. Les très bonnes concordances qualitatives et quantitatives entre les prises en charge Lagrangiennes et Eulériennes ont permis de montrer les capacités du modèle Eulérien à rendre compte de phénomènes physiques complexes. Ce modèle Eulérien permettra de bien meilleurs scaling lors de son portage sur des architectures massivement parallèles.
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Nolin, Guillaume. "Une méthode de couplage RANS/LES zonal pour la simulation instationnaire d'écoulements turbulents complexes." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066714.
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La pertinence des méthodes de couplage RANS/LES zonal pour la simulation instationnaire d’écoulements turbulents est présentée. Les problèmes à résoudre pour mettre en place une stratégie de couplage zonal sont exposés. Parmi ceux-ci deux sont traités. Le premier est l’amélioration des stratégies de couplage zonal afin d’étendre la zone d’influence LES le plus loin possible dans le domaine RANS. La solution proposée consiste en une méthode originale de reconstruction de la viscosité turbulente RANS à partir de champs LES, alliée à une fonction corrigeant le modèle de turbulence RANS. Le second est la génération d’une turbulence réaliste en entrée des domaines LES par enrichissement des solutions RANS, afin de réduire au maximum la taille des domaines LES. Il est résolu en utilisant des conditions d’entrée instationnaire pour la LES reposant sur des bases de données. Ces techniques sont évaluées sur un écoulement autour d’un profil d’aile à grand nombre de Reynolds et à forte incidence<br>The relevance of the zonal RANS/LES coupling methods for the unsteady simulation of turbulent flows is presented. The problems to be solved in order to develop a strategy of zonal coupling are outlined. Two of these problems are addressed. The first one is the improvement of the strategies of the zonal coupling to extend the area of influence of the LES zone in the RANS zone as far as possible. The proposed solution is based on an original RANS eddy viscosity reconstruction method, combined with a correction for the RANS turbulence model. The second one deals with the generation of a realistic turbulence at the inflow of the LES domains thanks to an enrichment of the RANS solutions, in order to reduce as much as possible the size of the LES domains. This turbulence is generated through LES inflow conditions based on databases. These techniques are applied to the flow around an airfoil at high Reynolds number and high angle of attack
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Serre, Eric. "Instabilités de couche limite dans des écoulements confinés en rotation : Simulation numérique directe par une méthode spectrale de comportements complexes." Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX2A001.
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Li, Cuicui. "Analyse a-priori de modèles LES sous-mailles appliqués à la turbulence de paroi avec gradients de pression." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Lille, 2013. http://www.theses.fr/2013ECLI0017.
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Après plus de 50 ans de recherche, l'intérêt de la simulation des grandes échelles pour la simulation des écoulements instationnaires a été largement démontré et cette méthode est aujourd'hui utilisée pour une grande variété d'applications industrielles. Plusieurs classes de modèles sous-maille ont été proposées dont celle très connue des modèles de viscosité sous-maille souvent préférée pour sa simplicité et sa robustesse. Leur formulation comporte un coefficient qui doit être ajusté pour chaque type d'écoulement et qui a été analysé pour des géométries simples. L'objectif de ce travail est de réaliser des analyses a-priori de ces modèles dans un canal plan et un canal convergent-divergent à relativement grand nombre de Reynolds. Les influences du type de filtre et de la largeur du filtre sont systématiquement abordées pour chacune des statistiques. Le transfert d'énergie sous-maille et la dissipation sous-maille sont tout d'abord étudiés. Ensuite, les coefficients des modèles Smagorinsky, Smagorinsky dynamique, WALE et du modèle Sigma nouvellement proposé sont estimés a-priori. Il est démontré que les coefficients des quatre modèles sont non-homogènes dans le domaine de simulation et sont largement affectés par le gradient de pression adverse, principalement dans la zone de recirculation. Enfin, les corrélations entre les quantités exactes et leurs équivalents modélisés sont examinées. Les résultats montrent un faible niveau de prédiction des modèles sous-maille et une grande variabilité des quantités modélisées dans les régions de fort gradient de pression adverse. Ceci peut expliquer les difficultés pour obtenir de bons résultats LES dans une telle configuration<br>After more than 50 years of investigation, Large Eddy Simulation has demonstrated its benefit for unsteady flow simulation and is currently applied in a wide variety of engineering applications. Several classes of subgrid scale models were proposed, including the well known eddy viscosity models, usually preferred because of their simplicities and robustness. The formulation of these models includes a coefficient which needs to be analyzed for each flow configuration and which has been investigated in simple geometries.The aim of the present work is to perform a-priori analysis of subgrid scale models in plane channel flow and in a converging-diverging channel flow at fairly large Reynolds number.The influences of the filter type and filter width are systematically addressed in analyses of all statistics. The SGS energy transfer and energy dissipation are firstly analyzed.Then, the a priori estimate of the coefficients of subgrid scale models, including the standard Smagorinsky, Dynamic Smagorinsky, the WALE and the new updated sigma models, are investigated in detail. It is shown that, the coefficients of the four models are non-homogeneous in the simulation domain and are largely affected by the adverse pressure gradient, especially in the recirculation region. Finally, the correlations between the exact quantities and their counterparts modeled by the subgrid scale models with respect to three criteria are explored. The results show a low predictability of subgrid scale models and a strong variability of the modeled quantities in the region of strong adverse pressure gradient. This may explain the difficulty to obtain accurate LES results in such flow configuration
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Moureau, Vincent. "Simulation aux grandes échelles de l'aérodynamique interne des moteurs à piston." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2004. http://www.theses.fr/2004ECAP0952.
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La simulation aux grandes échelles (LES) est un outil puissant d'aide à l'analyse et à la compréhension des phénomènes physiques liés à la turbulence. Cette approche est plus adaptée à la simulation des écoulements fortement instationnaires, comparée aux méthodes statistiques de type RANS. L'objectif de cette thèse a été de contribuer au développement d'un code LES dédié aux moteurs à piston. Du point de vue numérique, des schémas convectifs d'ordre élevé ont été généralisés aux maillages mobiles. D'autre part, un interpolateur adapté à la LES a été développé. Il permet de traiter des maillages de taille importante. Concernant la modélisation de la turbulence, un modèle qui transporte l'énergie cinétique de sous-maille a été analysé et testé. Il a l'avantage d'apporter une information importante sur l'intensité de la turbulence de sous-maille et sur l'historique de cette quantité. Ce modèle a été couplé à un modèle de paroi basé sur la loi logarithmique. Ces développements ont été implémentés dans le solveur LES parallèle AVBP, et ils ont été validés sur un moteur expérimental de section carrée. Plusieurs modèles de turbulence et deux schémas convectifs ont été confrontés avec succès aux mesures expérimentales de vitesse. Ces résultats ont montré une grande influence des constantes des modèles de turbulence. Ce dispositif expérimental a aussi permis d'évaluer les erreurs de commutation temporelle générées par les variations de la largeur du filtre LES au cours du cycle moteur. Il a été démontré que ces erreurs peuvent être négligées au premier ordre dans les moteurs à piston conventionnels.
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Brun, Jean-Marc. "Modèles à complexité réduite de transport pour applications environnementales." Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20248.
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Cette étude présente une plateforme de modèles à complexité réduite pour le transport et la dispersion atmosphérique d'un scalaire passif pour applications environnementales. Une approche multi-échelle est appliquée avec une définition de l'espace de recherche adéquat pour la solution à chaque niveau. Au niveau local, la dérive en champ proche est estimée par la théorie des jets turbulents et détermine le terme source pour le niveau d'ordre supérieur. On utilise notamment les solutions de similitudes pour les panaches dans une métrique nonsymétrique pour le transport sur des grandes distances. L'approche ne nécessite pas la solution d'EDP, donc pas de maillage et il est possible accéder à la valeur en un point sans avoir à calculer la solution sur l'ensemble du domaine<br>A platform of low complexity models for the transport of passive scalars for environmental applications is presented. Multi-level analysis has been used with a reduction in dimension of the solution space at each level. Local spray drift distribution is estimated thanks to the turbulent jet theory and determine the source term. Similitude solutions are used in a non symmetric metric for the transport over long distances. Model parameters identification is based on data assimilation. The approach does not require the solution of any PDE and therefore is mesh free. The model also permits to access the solution in one point without computing the solution over the whole domain
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Adouobo, Tokou Bernard. "Simulations numériques des méthodes particulaires et particules-maillage sur machines parallèles." Le Havre, 1998. http://www.theses.fr/1998LEHA0011.
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Ce travail a pour objet la parallélisassions des méthodes vortex de type particule-particule (PP), particule-maillage (PIC-TSC) et particule-particule/particule-maillage (P3M). On s'intéresse à la résolution des équations de Navier-Stokes 3D, dans le cadre des écoulements de fluides visqueux incompressibles en milieu non borné. Dans un premier temps, nous decrivons les méthodes numériques et les calculateurs parallèles utilisés pour les simuler. Nous présentons une méthode de corrections locales (P3M) dont le but est d'améliorer à la fois la précision de la méthode pic-tsc et le cout de la méthode particulaire directe (PP). Ensuite, nous proposons des algorithmes parallèles qui sont bases sur l'optimisation des calculs, la minimisation des communications entre processeurs et la bonne gestion des places mémoires. Pour la méthode PP, les algorithmes reposent sur une distribution équitable des particules aux processeurs et des déplacements circulaires sur ces derniers des données dont ils ont besoin pour leurs exécutions. Concernant la méthode PIC-TSC que nous avons étudiée, deux types d'algorithmes parallèles ont été proposés. Dans le premier algorithme, on fait un découpage régulier de la grille en sous-grilles de même taille. Puis, on réalise des recouvrements des sous-domaines à cause de la spécificité du schéma TSC. La distribution des données consiste à allouer une sous-grille recouverte et ses particules à chaque processeur. Dans le second algorithme parallèle, nous prenons en compte la situation d'une répartition irrégulière des particules sur la grille. Les particules sont distribuées équitablement aux processeurs et la grille leur est initialement diffusée. On commande par la suite à chaque processeur d'effectuer des opérations, soit sur des blocs de nœuds, soit sur des lots de particules. La parallélisassions de la méthode p3m a consisté à utiliser simultanément les deux algorithmes parallèles de la méthode PIC-TSC. Des programmations pm et de parallélisme de données de ces algorithmes ont été réalisées et des résultats de performance sont donnés. L'extensibilité et la portabilité de tous nos algorithmes parallèles ont été prouvées. Enfin, nous présentons des résultats numériques de précision et de stabilité appliqués au transport d'anneau tourbillonnaire.
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Buron, Franck. "Etude d'une nouvelle approche de la méthode Particle-In-Cell pour le calcul d'écoulements instationnaires incompressibles tridimensionnels de fluide parfait ; application au cas de la plaque plane en incidence." Poitiers, 2000. http://www.theses.fr/2000POIT2255.
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Ce memoire a pour objet le developpement d'une methode particle-in-cell tridimensionnelle et son application au calcul d'ecoulements instationnaires incompressibles de fluide parfait autour d'une plaque plane en incidence. La plaque plane est discretisee par une repartition de singularites de type doublets normaux surfaciques. Une description lagrangienne des zones tourbillonnaires permet de traiter l'evolution du sillage. La nappe tourbillonnaire est alors constituee de particules, chacune portant un vecteur tourbillon, que l'on suit dans leur mouvement. L'application du schema pic au calcul, a chaque pas de temps, du nouveau champ des vitesses, s'effectue en trois phases. Dans un premier temps, une loi de ponderation volumique est proposee pour distribuer la vorticite de chaque particule sur les sommets d'une cellule a base triangulaire superposee au domaine de calcul. Ensuite, contrairement aux schemas classiques qui utilisent une resolvante de poisson, nous conservons une interaction directe (biot-savart) entre les nuds du maillage pour y obtenir les vitesses et les gradients de vitesses induits. Enfin, une interpolation permet un transfert des valeurs de la grille vers les positions lagrangiennes des tourbillons. Cette technique associee a un maillage genere a partir de la discretisation du profil mince permet a la fois de minimiser la diffusion numerique, d'attenuer le temps de calcul et d'assurer une repartition plus homogene de la condition de glissement sur la paroi de la plaque et une non-penetration de cette derniere. Cette nouvelle approche est appliquee a l'ecoulement autour de la plaque plane pour diverses incidences et divers allongements. Les resultats sont confrontes a des donnees experimentales.
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Louedin, Olivier. "Simulation numérique des processus de mélange 3D dans la zone naissante des jets supersoniques." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES086.
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Cette thèse porte sur l'étude du mélange dans les jets supersoniques à l'aide d'une simulation numérique instationnaire. Ce travail comporte trois parties : dans la première un nouveau schéma numérique de capture de choc baptisé Triade est proposé. Il est validé sur un cas d'interaction entre un choc et un champs sinusoïdal de densité, puis sur un cas de THI compressible, et enfin sur une couche de mélange temporelle 2D et 3D. Dans la seconde partie l'approche semi-déterministe couplée avec des conditions de réalisabilité est étudiée. L'effet des conditions de réalisabilité ainsi que celui de l'initialisation du modèle K- sont examinés sur une couche de mélange supersonique 2D. La dernière partie porte sur une simulation d'un jet 3D à Re=2 10 5. Aucun modèle sous-maillé explicite n'est utilisé. Une analyse de stabilité linéaire est menée. Le mélange est abordé d'un point de vue qualitatif. Un parallèle est fait avec les structures tourbillonnaires d'un jet à basse vitesse.
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Canu, Romain. "Développement d'une méthode compressible avec évaporation pour la simulation d'interface résolue dans le cadre de l'atomisation." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR016/document.
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Cette thèse montre le développement d’un code de calcul pour les simulations numériques directes d’écoulements diphasiques compressibles avec évaporation. Un couplage entre les méthodes Level Set et VOF est réalisé pour le suivi d’interface. Afin de résoudre les équations de la mécanique des fluides, une méthode basée sur la pression est employée et, pour découpler la vitesse de la pression, une méthode de projection est effectuée. Cette méthode permet l’implicitation des termes liés à l’acoustique et donc de diminuer la contrainte sur le pas de temps. Le liquide et le gaz sont traités de manière compressible permettant des variations locales des masses volumiques grâce à l’utilisation d’équations d’état. L’évaporation est simulée de deux manières différentes ; une première, où un taux d’évaporation constant est employé et une seconde, où ce taux est calculé par la thermique. Parallèlement à ce sujet, une étude de la distribution des courbures dans une injection de liquide est réalisée. Cette étude permet d’étendre le concept de distribution des tailles de gouttes dans un spray et d’améliorer les informations disponibles dans le modèle ELSA. Enfin, une autre étude est effectuée sur la recherche d’un critère, basé sur les courbures à l’interface, pour estimer la qualité d’une simulation<br>This PhD thesis shows the development of a numerical method for solving two-phase flows with vaporisation. A coupling between Level Set and VOF methods is realised for the interface capturing. In order to solve fluid mechanics equations, a pressure based method is employed and, to decouple velocity and pressure, a projection method is performed. This method allows the implicitation of the acoustic terms and the time step constraint reduction. Liquid and gas are considered as compressible allowing local density variations with equations of state. The vaporisation is computed in two different ways ; a first one where the vaporisation rate is constant and a second one, where this rate is calculated by thermodynamics. Along with this topic, a study on curvature distribution in a liquid injection configuration is realised. This study allows to extend the drop size distribution concept in a spray and to improve available informations on ELSA model. Finally, an other study is performed on thedevelopment of a criterion, based on interface curvatures, which estimates the quality of a simulation
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Al, Isber Aziz. "Modélisation de l'écoulement instationnaire décollé à la traversée d'un diaphragme par la méthode des vortex aléatoires." Toulouse, ENSAE, 1991. http://www.theses.fr/1991ESAE0002.
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La méthode des vortex aléatoires est appliquée à la simulation de l'écoulement instationnaire à la traversée d'un diaphragme. La géométrie axisymétrique étudiée nécessite l'extension des concepts, plans aux éléments tourbillonnaires du type ruban et d'anneaux. Grâce à une réduction importante du temps de calcul, des comparaisons avec les résultats expérimentaux à partir d'un fichier de 1000 pas de temps ont été réalisées. Elles portent sur la description physique de l'écoulement (visualisation qualitative des structures tourbillonnaires), sur les champs de vitesse et de pression ainsi que sur les corrélations et analyses spectrales. Ces comparaisons quantitatives sont très satisfaisantes, grâce à l'incorporation dans le modèle d'un mécanisme de réduction temporelle de la circulation des anneaux tourbillonnaires.
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El, Jannoun Ghina. "Adaptation anisotrope précise en espace et temps et méthodes d’éléments finis stabilisées pour la résolution de problèmes de mécanique des fluides instationnaires." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0077/document.
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Aujourd'hui, avec l'amélioration des puissances de calcul informatique, la simulation numérique est devenue un outil essentiel pour la prédiction des phénomènes physiques et l'optimisation des procédés industriels. La modélisation de ces phénomènes pose des difficultés scientifiques car leur résolution implique des temps de calcul très longs malgré l'utilisation d'importantes ressources informatiques.Dans cette thèse, on s'intéresse à la résolution de problèmes complexes couplant écoulements et transferts thermiques. Les problèmes physiques étant fortement anisotropes, il est nécessaire d'avoir un maillage avec une résolution très élevée pour obtenir un bon niveau de précision. Cela implique de longs temps de calcul. Ainsi il faut trouver un compromis entre précision et efficacité. Le développement de méthodes d'adaptation en temps et en espace est motivé par la volonté de faire des applications réelles et de limiter les inconvénients inhérents aux méthodes de résolution non adaptatives en terme de précision et d'efficacité. La résolution de problèmes multi-échelles instationnaires sur un maillage uniforme avec un nombre de degrés de liberté limité est souvent incapable de capturer les petites échelles, nécessite des temps de calcul longs et peut aboutir à des résultats incorrects. Ces difficultés ont motivé le développement de méthodes de raffinement local avec une meilleure précision aux endroits adéquats. L'adaptation en temps et en espace peut donc être considérée comme une composante essentielle de ces méthodes.L'approche choisie dans cette thèse consiste en l'utilisation de méthodes éléments finis stabilisées et le développement d'outils d'adaptation espace-temps pour améliorer la précision et l'efficacité des simulations numériques.Le développement de la méthode adaptative est basé sur un estimateur d'erreur sur les arrêtes du maillage afin de localiser les régions du domaine de calcul présentant de forts gradients ainsi que les couches limites. Ensuite une métrique décrivant la taille de maille en chaque noeud dans les différentes directions est calculée. Afin d'améliorer l'efficacité des calculs la construction de cette métrique prend en compte un nombre fixe de noeuds et aboutit à une répartition et une orientation optimale des éléments du maillage. Cette approche est étendue à une formulation espace-temps où les maillages et les pas de temps optimaux sont prédits sur des intervalles de temps en vue de contrôler l'erreur d'interpolation sur la domaine de calcul<br>Nowadays, with the increase in computational power, numerical modeling has become an intrinsic tool for predicting physical phenomena and developing engineering designs. The modeling of these phenomena poses scientific complexities the resolution of which requires considerable computational resources and long lasting calculations.In this thesis, we are interested in the resolution of complex long time and large scale heat transfer and fluid flow problems. When the physical phenomena exhibit sharp anisotropic features, a good level of accuracy requires a high mesh resolution, hence hindering the efficiency of the simulation. Therefore a compromise between accuracy and efficiency shall be adopted. The development of space and time adaptive adaptation techniques was motivated by the desire to devise realistic configurations and to limit the shortcomings of the traditional non-adaptive resolutions in terms of lack of solution's accuracy and computational efficiency. Indeed, the resolution of unsteady problems with multi-scale features on a prescribed uniform mesh with a limited number of degrees of freedom often fails to capture the fine scale physical features, have excessive computational cost and might produce incorrect results. These difficulties brought forth investigations towards generating meshes with local refinements where higher resolution was needed. Space and time adaptations can thus be regarded as essential ingredients in this recipe.The approach followed in this work consists in applying stabilized finite element methods and the development of space and time adaptive tools to enhance the accuracy and efficiency of the numerical simulations.The derivation process starts with an edge-based error estimation for locating the regions, in the computational domain, presenting sharp gradients, inner and boundary layers. This is followed by the construction of nodal metric tensors that prescribe, at each node in the spatial mesh, mesh sizes and the directions along which these sizes are to be imposed. In order to improve the efficiency of computations, this construction takes into account a fixed number of nodes and generates an optimal distribution and orientation of the mesh elements. The approach is extended to a space-time adaptation framework, whereby optimal meshes and time-step sizes for slabs of time are constructed in the view of controlling the global interpolation error over the computation domain
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Nguyen-Dinh, Maxime. "Qualification des simulations numériques par adaptation anisotropique de maillages." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00987202.
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La simulation numérique est largement utilisée pour évaluer les performances aérodynamiques des aéronefs ainsi qu'en optimisation de forme. Ainsi l'objectif de ces simulations est souvent le calcul de fonctions aérodynamiques. L'objet de cette thèse est d'étudier des méthodes d'adaptation de maillages basées sur la dérivée totale de ces fonctions par rapport aux coordonnées du maillage (notée dJ/dX). Celle-ci pouvant être calculée par la méthode adjointe discrète. La première partie de cette étude concerne l'application de méthodes d'adaptation de maillages appliquées à des écoulements de fluides parfaits. Le senseur qui détecte les zones de maillage à raffiner s'appuie sur la norme de cette dérivée pour adapter des maillages pour le calcul d'une fonction J. La seconde partie du travail est la construction et l'étude de critères plus fiables basés sur dJ/dX pour d'une part adapter des maillages et d'autre part estimer si un maillage est bien adapté ou non pour le calcul de la fonction J. De plus une méthode de remaillage plus efficace basée sur une EDP elliptique est aussi présentée. Cette nouvelle méthode est appliquée pour des écoulements bidimensionnels de fluides parfaits ainsi que pour un écoulement décrit par les équations RANS. La dernière partie de l'étude est consacrée à l'application de la méthode proposée à des cas tridimensionnels d'écoulement RANS sur des géométries d'intérêt industriel.
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Nana, Cyril. "Simulation du bruit d'écoulements anisothermes par méthodes hybrides pour de faibles nombres de Mach." Phd thesis, Université de Poitiers, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00741298.
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Cette étude porte sur le calcul numérique du champ acoustique rayonné par des écoulements subsoniques turbulents présentant des inhomogénéités de température. Des méthodes hybrides sont développées grâce à un développement de Janzen-Rayleigh des équations de Navier-Stokes. L'écoulement est résolu par un calcul quasi incompressible puis les perturbations acoustiques sont propagées selon deux méthodes : les équations d'Euler linéarisées (EEL) et l'approximation à faible nombre de Mach perturbée (PLMNA). Les méthodes sont validées sur des cas simples puis appliquées à une couche de mélange isotherme et anisotherme en développement spatial.