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Teses / dissertações sobre o tema "Mécanique des fluides – Simulation par ordinateur"
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Pouchol, Mickaël. "Structures hiérarchiques pour la simulation de fluides". Limoges, 2010. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/93ee02e3-c56f-4e8f-9b5a-8300d06a4c15/blobholder:0/2010LIMO4025.pdf.
Texto completo da fonteResumo:
La simulation de l’écoulement des fluides comme l’eau ou la fumée est un des phénomènes naturels les plus traités par la communauté de l’informatique graphique. Parmi ces méthodes, les méthodes lagrangiennes, représentant le fluide à l’aide de particules, sont souvent préférées car elles permettent d’utiliser moins de ressources, elles restent cependant coûteuses en temps de calculs et nécessitent l’usage de structures de données adaptées lors de différentes phases. Nous proposons donc d’utiliser une structure de hachage hiérarchique afin de traiter la phase de détection de collisions avec des objets répartis de manière irrégulière et de tailles très différentes. L’utilisation de plusieurs niveaux de hachages permet de bénéficier de la cohérence spatiale des objets et de réduire significativement les collisions de hachage. Les méthodes adaptatives permettent d’allouer efficacement les ressources de calculs dans les zones importantes du fluide en faisant varier la taille des particules de la simulation. Dans cette situation, une structure de hachage ou de grille hiérarchique permet de traiter efficacement la phase de recherche de voisinage en insérant chaque particule dans le niveau de la grille approprié mais aussi de déterminer les zones de fusion ou de subdivision grâce à des critères locaux. Enfin la phase de visualisation du fluide représente un défi car le résultat est directement sanctionné par le spectateur. Dans le cas des méthodes lagrangiennes, la méthode des blobs traditionnellement utilisée ne permet pas d’obtenir une surface de qualité. Nous utilisons pour cette tâche la méthode des surfaces variationnellesFluid flow simulation such as water or smoke is one of the most covered natural phenomena in the computer graphics community. Among these methods, lagrangian ones which divide the fluid into a set of particles, are usually favored for their efficiency, however they require suitable data structures in several steps to reduce their high computation times. We suggest to use a hierarchical hash table to handle the collision detection step with irregularly distributed and objects with variable sizes. The use of several hash levels allows to benefit from objects spatial coherence and to drastically reduce hash collisions. Adaptive methods allow to efficiently allocate computational resources to significant fluid regions by varying particles sizes during the simulation. In this case a hierarchical grid or hash table structure allows to efficiently handle nearest neighbors search by inserting each particle in the appropriate grid level, and also allows to define appropriate merging or splitting regions with local criteria. Finally the visualization step is challenging because the end-user will appreciate the final result directly. For lagrangian methods, the most common way to deal with this problem is to use blob-based methods that do not yield satisfying results ; we use the variational surface method for this task
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Michel, Bertrand. "Contribution à la simulation numérique efficace des écoulements dans les prises d'air supersoniques". Paris, ENSAM, 2004. http://www.theses.fr/2004ENAM0014.
Texto completo da fonteResumo:
Un outil numérique est développé pour simuler une hiérarchie de cas d'épreuve représentatifs des phénomènes physiques complexes qui se produisent dans les prises d'air supersoniques : interaction choc / couche limite de plaque plane, écoulement stationnaire dans une prise d'air générique avec système de contrôle par paroi perforée, écoulement instationnaire dans une prise d'air générique avec contre-pression aval fluctuante. Les écoulements transsoniques turbulents étudiés sont décrits à l'aide des équations de Navier-Stokes moyennées (RNAS) fermées par un modèle de turbulence élaboré existant, modèle aux tensions de Reynolds sans distance à la paroi ; un classique modèle de turbulence est également mis en oeuvre pour évaluer l'apport du modèle RSM. Les équations RANS sont discrétisées à l'aide d'un schéma compact original, dit schéma basé sur le résidu ; des schémas décentrés classiques (Van Leer et AUSM+) sont également utilisés à titre de comparaison. La simulation d'un dispositif de contrôle par paroi perforée est réalisée en modélisant le dispositif à l'aide de différentes "lois" proposées dans la littérature (Darcy, Poll, Böhning-Doerffer), qui peuvent ainsi être comparées les unes aux autres. L'influence des paramètres numériques propres à chaque configuration est soigneusement étudiée ; des comparaisons calcul / expérience sont systématiquement effectuées, ainsi que des comparaisons entre les différents schémas et modèles mis en oeuvre. La capacité de l'association schéma basé sur le résidu / modèle RSL à simuler efficacement des écoulements dans les prises d'air supersoniques est ainsi démontrée.
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Joubert, de la Motte Pascal. "Schéma à pas de temps caractéristique pour l'aérodynamique transsonique et conception aéroélastique optimale d'aile de grand allongement". Paris, ENSAM, 2007. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00144844.
Texto completo da fonteResumo:
Le logiciel Aerolog de MBDA est usuellement mis en oeuvre pour la simulation d'écoulements compressibles stationnaires autour de géométries complexes. Le schéma de Lax-Wendroff-Ni, à distribution de résidu, est associé à une technique de lissage implicite des résidus pour assurer un faible coût par itération et une mise en oeuvre flexible pour des géométries complexes avec des maillages multidomaines. Afin d'améliorer l'efficacité du code pour la simulation d'écoulements instationnaires, on propose dans ce travail un schéma décentré original, dit à pas de temps caractéristique, dont le support compact permet de préserver les traitements aux frontières et aux raccords existants. Ce schéma est associé à une nouvelle phase implicite, dite sans matrice, et mis en oeuvre dans le cadre d'une technique de pas de temps fictif. Les résultats fournis par cette nouvelle approche sont analysés du point de vue de l'efficacité et de la précision pour des écoulements stationnaires et instationnaires autour de profils et de gouvernes et comparés à ceux produits par l'approche existante. Un problème de conception optimale d'une aile est ensuite étudié dans le cadre de l'aéroélasticité statique : les effets aéroélastiques associés à l'évidement des ailes d'un missile de croisière sont exploités dans le but de maximiser la portée de l'engin. Une chaîne de calcul aéroélastique entièrement automatisée est mise en place pour permettre une étude numérique de ces effets et une première étude paramétrique est menée afin d'évaluer la pertinence des paramètres retenus et la précision des méthodes utiliséesThe MBDA Aerolog software is commonly used for computing steady compressible flows over complex geometries. The residual-distribution scheme of Lax-Wendroff-Ni is coupled with an implicit residual smoothing technique to provide a low cost per iteration and a flexible use in multi-block computational domains. In order to improve the code efficiency for the simulation of unsteady flows a so-called characteristic timestep upwind scheme is proposed in this work: its compact stencil allows to preserve the existing boundary and interface treatments. This scheme is coupled with a new matrix-free implicit stage and applied in the framework of a dual time-step technique. The results provided by this new approach are analyzed from the viewpoint of accuracy and efficiency for steady and unsteady flows over airfoils and rudders and compared with those produced by the existing method. The optimal design of a wing is studied next in the context of static aeroelasticity: since the wings of a cruise missile are hollowed out, one seeks to take advantage of the associated aeroelastic effects to maximise the range of the missile. A fully automated aeroelastic computational chain is developed to perform a numerical study of these effects and a first parametric study is carried out to assess the relevance of the chosen parameters and the accuracy of the methods employed
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Cherubini, Stefania. "Linear and non-linear global instability of attached and separated boundary-layer flows over a flat plate". Paris, ENSAM, 2010. http://www.theses.fr/2010ENAM0012.
Texto completo da fonteResumo:
The aim of this thesis is to describe the linear and non-linear dynamics of both attached and separated boundary-layer flows over a flat plate at low Reynolds numbers. The linear dynamics, driven by the interactions among the non-orthogonal eigenvectors, is studied using two global instability approaches: the global eigenvalue analysis and the direct-adjoint optimization. In these global instability analysis no spatial structure is assumed a-priori for the perturbation, and the convective effects due to the high non-parallelism of the flow are taken into account. In the case of the separated boundary-layer flows, it has been clarified the role of the following features in the onset of unsteadiness: i) the strong two-dimensional convective amplification; ii) the non-normality effects such as the 'flapping' phenomenon; iii) the high sensitivity to external forcing; iv) the globally unstable three-dimensional mode. Concerning the attached boundary layer, the aim has been to identify localized perturbations characterized by more than one frequency in the streamwise and/or spanwise direction, inducing a strong energy amplification. In order to assess the effects of non-linearity on the instability mechanisms identified by the global linear stability analysis, direct numerical simulations have been performed in a two- and three-dimensional framework for both the attached and separated boundary-layer flows. The dynamics of the perturbations which most easily brings the flows on the verge of turbulence have been studied. Different scenarios of transition have been observed, and the mechanisms leading the flow to turbulence have been analyzed in detailLe but de cette thèse est de décrire en détail la dynamique linéaire et non linéaire d'une couche limite attachée sur une plaque plane à bas nombre de Reynolds. La dynamique linéaire, pilotée par les interactions entre les vecteurs propres non-orthogonaux, est étudiée à travers deux méthodes différentes d’instabilité globale : une analyse globale aux vecteurs propres et une optimisation directe-adjointe. Dans ces analyses globales, aucune structure spatiale n’est imposée à priori pour la perturbation, les effets convectifs dus au fort non parallélisme de l’écoulement sont pris en compte. Pour le cas de la couche limite décollée, le déclenchement des instationnarités a été clarifié : i) pour une forte amplification des perturbations de nature convective et bidimensionnelle ; ii) pour des effets de non normalité longitudinale engendrant le phénomène du flapping ; iii) pour une forte sensibilité vis-à-vis d’un forçage harmonique ; iv) pour un monde tridimensionnel globalement instable. Pour une couche limite attachée, le but a été d’identifier les perturbations localisées caractérisées par des fréquences multiples dans les directions longitudinales et transversales de l’écoulement, induisant une amplification de l’énergie des perturbations. Pour évaluer les effets les effets de la non linéarité dans les mécanismes d’instabilité identifiés par les analyses de stabilité globale, des simulations numériques directes ont été réalisées pour les écoulements de couche limite attachées ou décollées, bidimensionnelles et tridimensionnelles. La dynamique des perturbations permettant une plus rapide vers la turbulence a été étudiée. Différents scénarios de transition ont été observés, les différents mécanismes de transition ont été analysés
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Mougin, Guillaume. "Interactions entre la dynamique d'une bulle et les instabilités de son sillage". Toulouse, INPT, 2001. http://www.theses.fr/2001INPT042H.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail est consacré à la détermination du rôle du sillage sur les instabilités de trajectoires des bulles isolées en ascension dans un liquide au repos. Pour la première fois, une étude du sillage d'une bulle fixe et de forme imposée dans un écoulement uniforme est réalisée par résolution directe tridimensionnelle et instationnaire des équations de Navier-Stokes. La forme de la bulle est ellipsoi͏̈dale avec un rapport de forme compris entre 2 et 2,5, et le nombre de Reynolds considéré s'élève jusqu'à 3000. Les différentes étapes de l'évolution du sillage sont décrites et comparées avec le cas plus classique du sillage d'une sphère solide. Les deux cas d'écoulement présentent des instabilités et des topologies de sillage similaires, bien que le mode de génération de la vorticité à la surface du corps soit différent. Afin d'établir le lien entre ces instabilités de sillage et les instabilités de trajectoire des bulles millimétriques, un outil numérique couplant les équations du mouvement d'un corps rigide libre de se déplacer est développé. Cette modélisation, appliquée à une bulle de forme ellipsoi͏̈dale imposée afin de séparer les effets de sillage des effets de la déformation de la bulle, permet de retrouver les trajectoires en zigzag et en hélice observées expérimentalement. Une description fine des structures tourbillonaires qui se développent dans le sillage et une étude de l'évolution des efforts hydrodynamique subis par la bulle montrent finalement comment le système couplé aboutit à ces trajectoires.
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Castaldi, Stéphane. "Étude de la turbulence cinématiquement homogène isotrope et massiquement inhomogène par simulation numérique directe". Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT008H.
Texto completo da fonteResumo:
On aborde dans cette thèse l'étude théorique et numérique de la Turbulence Cinématiquement Homogène Isotrope et Massiquement Inhomogène (T. C. H. I. M. I. ). A travers cette configuration, notre travail a permis de mettre en évidence certains mécanismes fondamentaux relatifs à la classe des écoulements turbulents basse vitesse à masse volumique variable. A l'aide d'une méthode pseudo-spectale classique, un outil numérique a été développé permettant la simulation directe de la T. C. H. I. M. I. . Cet écoulement turbulent à faible nombre de Mach mélange des poches de gaz de masse volumique différente, dont le rapport de densité initial vaut 5. Pour étudier l'influence de la variation de masse volumique constante, la situation à masse volumique variable est comparée au cas isovolume à travers différents moments statistiques. Dans le but d'accentuer les effets de densité, notre analyse s'est également orientée vers la détermination des facteurs susceptibles d'engendrer des modifications cinématiques plus significatives. Pour ce faire, des bilans spectraux d'énergie cinétique et d'enstrophie ont, entre autre, été mis en place. Différents calculs ont été conduits, amenant à une meilleure compréhension des mécanismes prépondérants dans cette situation
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Sergent, Emmanuel. "Vers une méthodologie de couplage entre la simulation des grandes échelles et les modèles statistiques". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://www.theses.fr/2002ECDL0019.
Texto completo da fonteResumo:
La simulation numérique en mécanique des fluides turbulents est basée sur trois approches différentes : la simulation directe (DNS), la simulation des grandes échelles (LES) et les méthodes statistiques RANS. Le travail réalisé lors de cette thèse vise à définir une méthodologie de couplage entre LES et RANS. Ces deux approches sont en effet complémentaires pour des applications industrielles. Les méthodes RANS calculent l'écoulement global, la LES sert de "zoom" autour d'une zone précise de la géométrie. Dans le but de réaliser le couplage, trois approches sont adoptées : une pour un couplage dans le sens RANS vers LES (MV), une dans le sens LES vers RANS et une pour le couplage tangent. Après une série de tests d'optimisation du choix des paramètres intervenant dans la MV, ces trois techniques ont été appliquées à un cas académique : l'écoulement entre deux plaques planes parallèles. Enfin la méthode a été testée sur un écoulement plus complexes : l'écoulement autour d'une marche montante-descendanteThe numerical simulation in turbulent fluids mechanics is based on three different approaches. Direct Numerical Simulation (DNS), Large Eddy Simulation (LES) and statistical RANS methods. The work completed in this Phd aims at defining a coupling methodology between LES and RANS. These two approaches are indeed complementary for industrial applications. RANS methods will calculate the total flow field and LES will be used as "zoom" in a precise zone of the geometry. With an aim of carrying out the coupling, three approaches are adopted : one for a coupling in the direction RANS towards LES (named MV), one in the direction LES towards RANS and for tangent coupling. After a series of tests aiming at optimizing the choice of the parameters involved in the MV, these three techniques were applied to an academic case : the flow between two parallel plane plates. Finally the MV method was tested on a more complex flow : the flow around a forward-backward facing step
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Agbaglah, Gbémého Gilou. "Dynamique et instabilité des nappes liquides". Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066195.
Texto completo da fonteResumo:
Cette thèse présente des études numériques et théoriques de la dynamique et de la stabilité du bourrelet formé au bord libre d'une nappe liquide sous l'effet de la capillarité. Des simulations 2D d’une nappe liquide se rétractant dans un milieu gazeux (plus précisément pour un système air/eau) ont été menées. Deux régimes différents en fonction du nombre d’Ohnesorge ont été observés. Un écoulement laminaire à l’intérieur du bourrelet pour des valeurs élevées du nombre d’Ohnesorge et un état d'équlibre, atteint après une rapide transition, tandis que pour les faibles valeurs, un écoulement turbulent est généré à l’intérieur du bourrelet et est responsable de grandes oscillations de la taille de ce dernier et de l'épaisseur de la zone de pincement de la nappe. Un nouveau modèle de stabilité linéaire prenant en compte la variation temporelle du rayon du bourrelet est ensuite proposé et comparé à des simulations numériques 3D d'une nappe liquide se rétractant dans un milieu gazeux. La formation d'un doigt liquide et le détachement d'une goutte ont été obtenus numériquement. Des simulations de l'impact d'une goutte d'huile de silicone sur un film mince du même liquide montrent que la structure des doigts liquides formés au bord de la corolle lors du splash est la même que dans le cas de la digitation au bord de la nappe liquide plane.
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Vintimiglia, Anne-Sophie. "Implémentation d'une cinétique de cristallisation des polymères dans une simulation numérique bidimensionnelle par éléments finis : application à l'injection des thermoplastiques et au procédé push-pull". ENSMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0868.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail concerne la prise en compte d'une cinétique de cristallisation dans un code par éléments finis bidimensionnel de remplissage de moule par des thermoplastiques. Il s'agit de calculer la cristallisation et d'en déduire l’épaisseur solide de polymère formée pendant le remplissage, en injection conventionnelle et en injection push-pull. La cinétique est basée sur le modèle d'avrami-evans-kolmogorov écrit sous forme différentielle. L’équation de la chaleur est écrite sous forme enthalpique et est résolue en température et en taux de cristallinité. Le modèle cinétique nous permet de calculer la fraction volumique transformée dès que la température du polymère est inférieure à la température d’équilibre thermodynamique. Un point fixe couple le calcul de cristallisation au calcul thermique et pour des refroidissements statiques un algorithme de pas de temps adaptatif basé sur l'estimateur d'erreur à posteriori permet de réduire les coûts de calcul. En injection, un autre algorithme de pas de temps, macro/micro a permis de coupler la mécanique à la thermique et au calcul de la cristallisation. La méthode des caractéristiques employée pour le transport permet de suivre l'histoire du matériau. Des simulations de refroidissements statiques et de remplissages ont permis de valider le modèle. Ces simulations ont également mis en évidence l'importance de la condition aux limites en flux de chaleur entre le moule et le polymère ainsi que le choix d'une fraction transformée de non écoulement.
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Moussière, Sandrine. "Etude par simulation numérique des écoulements turbulents réactifs dans les réacteurs d'oxydation hydrothermale : application à un réacteur agité double enveloppe". Aix-Marseille 3, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX30045.
Texto completo da fonteResumo:
L'oxydation hydrothermale est un procédé innovant de minéralisation des déchets organiques liquides qui utilise les propriétés de l'eau supercritique pour obtenir un mélange homogène du composé organique et de l'oxydant. Le réacteur étudié ici est un réacteur agité double enveloppe. Dans l'étape de nucléarisation, la simulation numérique s'est imposée pour connaître les champs de température dans le réacteur nécessaire à la conception des dossiers de sûreté. Dans un premier temps, la simulation numérique d'un réacteur tubulaire simple permet de valider l'hypothèse d'un fluide incompressible et l'utilisation du modèle de turbulence k-[oméga] pour représenter l'hydrodynamique d'un fluide supercritique. De plus, le modèle EDC s'est avéré aussi efficace que la cinétique chimique pour calculer la vitesse de réaction dans ce réacteur. Dans un second temps, l'étude de l'écoulement turbulent dans le réacteur double enveloppe agité permet de valider l'utilisation d'une géométrie 2D axisymétrique par rapport à une géométrie 3D pour le calcul des transferts thermiques malgré la géométrie complexe de l'agitateur. Il apparaît également que le mélange eau-air n'est pas monophasique dans la partie froide comme nous l'avions supposé pour simplifier le modèle. L'écoulement turbulent réactif est bien représenté par le modèle EDC après adaptation des conditions initiales. La vitesse de réaction dans le réacteur agité double enveloppe serait principalement contrôlée par le mélange des espèces et non par la cinétiqueSupercritical water oxidation is an innovative process to treat organic liquid waste which uses supercritical water properties to mix efficiency the oxidant and the organic compounds. The reactor is a stirred double shell reactor. In the step of adaptation to nuclear constraints, the computational fluid dynamic modeling is a good tool to know required temperature field in the reactor for safety analysis. Firstly, the CFD modeling of tubular reactor confirms the hypothesis of an incompressible fluid and the use of k-[oméga] turbulence model to represent the hydrodynamic. Moreover, the EDC model is as efficiency as the kinetic to compute the reaction rate in this reactor. Secondly, the study of turbulent flow in the double shell reactor confirms the use of 2D axisymetric geometry instead of 3D geometry to compute heat transfer. Moreover, this study reports that water-air mixing is not in single phase. The reactive turbulent flow is well represented by EDC model after adaptation of initial conditions. The reaction rate in supercritical water oxidation reactor is mainly controlled by the mixing
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Martin, Vincent. "Simulations multidomaines des écoulements en milieu poreux". Paris 9, 2004. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=2004PA090006.
Texto completo da fonteResumo:
Cette thèse traite des simulations multidomaines des écoulements en milieu poreux. Trois aspects sont abordés. Une étude est d'abord menée concernant une méthode de décomposition de domaines avec des maillages non-raccordés, utilisant des conditions d'interface de type Robin, pour les éléments finis mixtes. D'autre part, la méthode est implémentée en parallèle à l'aide du système parallèle OcamlP3l, écrit par des informaticiens dans le langage Ocaml. En OcamlP3l, l'utilisateur programme et débogue en séquentiel, puis obtient le code parallèle par une simple recompilation. Enfin, nous présentons un nouveau modèle d'écoulement dans un mileu poreux contenant de grandes fractures, avec des perméabilités très grandes et/ou très faibles. Dans ce modèle, les fractures sont traitées comme des interfaces entre sous-domaines. Une analyse théorique prouve l'existence et l'unicité de la solution, fournit une estimation d'erreur, qui est confirmée par des tests numériquesThis thesis is mainly concerned with the multidomain simulations of flow in porous media. Three different themes are considered. First, we study a domain decomposition method with non-matching meshes using Robin type interface conditions, for the mixed finite elements. Second, this method is implemented in parallel using the parallel system OcamlP3l, written in Ocaml by computer scientists. In OcamlP3l, the user develops and debugs sequentially, and obtains the parallel code with a mere recompilation. A realistic 3D simulation is given to validate the procedure. Finally, we present a new model for flow in a porous medium containing large fractures that may have very large and/or very small permeabilities. In this model, the fractures are treated as interfaces between subdomains. Existence and uniqueness of the solution is proved and an error estimate is obtained. Some numerical experiments show the quality of the results
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Joly, Cécile. "Simulations numériques d'un jet rond turbulent et de son interaction avec un tourbillon de sillage". Université de Marne-la-Vallée, 2002. http://www.theses.fr/2002MARN0147.
Texto completo da fonteResumo:
Le contexte général de cette étude concerne l’impact des traînées de condensation, ces fameux panaches blancs fréquemment observés dans le sillage des avions, sur l’atmosphère. D’un point de vue aérodynamique, la formation des traînées de condensation se caractérise par l’interaction entre un jet turbulent et un tourbillon de sillage. L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes thermiques et dynamiques mis en jeu dans cet écoulement. Ce travail repose sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes, et de conservation de l’énergie, formulées pour le cas d’un écoulement tridimensionnel, instationnaire et compressible. Deux approches sont considérées: la simulation numérique directe et la simulation des grandes échelles. Une simulation temporelle de la transition à la turbulence d’un jet rond non-isotherme est effectuée sans tenir compte du champ tourbillonnaire. A l’issue de cette simulation, un modèle de tourbillon de sillage est superposé à l’écoulement de jet. La première partie de cette thèse présente les deux approches, les différents modèles de sous-maille choisis pour les simulations des grandes échelles, ainsi que les méthodes numériques employées. La deuxième partie est consacrée à la simulation de l’écoulement de jet, et ici, l’objectif est de déterminer le modèle de sous-maille approprié à cette configuration d’écoulement. La troisième partie est dédiée à la simulation de l’interaction entre le jet et le tourbillon de sillage. Les résultats sont comparés à ceux issue d’une campagne d’essais. Les simulations ont démontré le développement de grosses structures de la turbulence autour du cœur tourbillonnaire, dans lesquelles se concentre le champ de températureThe general context of this study concerns the impact of contrails, these famous white plumes frequently observed in the aircraft wake, on the atmosphere. From an aerodynamic point of view, the formation of the contrails is characterised by the interaction between a turbulent jet and a wing-tip vortex. The aim of this thesis is to contribute to a better understanding of the thermal and dynamic phenomena involved in this flow. This work is based on the numerical resolution of the three-dimensional, unsteady and compressible Navier-Stokes and energy conservation equations. Two approaches are considered: the direct numerical simulation and the large eddy simulation. A temporal simulation of the transition to turbulence of a non-isothermal jet is performed without accounting for the vortex flow field. A the end of this simulation, a vortex model is superimposed on the jet flow field. The first part of this thesis describes the two approaches, the different subgrid models chosen for the large eddy simulations, and the numerical techniques employed. The second part is devoted to the jet flow simulation, and here the objective is to determine the subgrid model appropriated to this flow configuration. The third part is dedicated to the simulation of interaction between the jet and the vortex. Results are compared to experimental data. The simulations have demonstrated the development of large scale structures all around the vortex core. The temperature field concentrates in the large scale structures
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Helin, Lionel. "Développement de modèles algébriques explicites pour les fluides viscoélastiques". Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Helin.pdf.
Texto completo da fonteResumo:
Par son implication dans de nombreux procédés industriels, l'étude des fluides viscoélastiques suscite un intérêt scientifique grandissant et ouvre de nombreuses perspectives. Néanmoins, les simulations numériques de ces écoulements de fluides complexes se heurtent encore souvent aux limites des resssources informatiques. Le développement de modèles algébriques est donc une alternative intéressante afin de simplifier les formulations des modèles différentiels usuels. En effet, alors que les modèles différentiels requièrent la résolution d'une équation aux dérivées partielles par composante de tension viscoélastique, les modèles algébriques reposent sur la résolution d'une unique équation de transport pour la trace du tenseur viscoélastique et sur des expressions explicites simples pour les tensions. Dans ce travail deux nouvelles formulations de modèles algébriques reproduisant les propriétés de cisaillement pur du modèle différentiel d'Oldroyd-B sont proposées. Ces nouveaux modèles sont testés à raide d'un code volumes finis écrit en coordonnées orthogonales généralisées sur des géométries bidimensionnelles variées : écoulement dans une contraction 4 :1, autour d'un cylindre et dans une conduite courbée à 180°. L'étude de l'invariance matérielle (ou " objectivité ") de ces nouveaux modèles est abordée dans une première partie. On montre que la prise en compte de ce principe pour les modèles algébriques nécessite le calcul de la vitesse de rotation des vecteurs propres du tenseur taux de déformation et du tenseur taux de rotation absolu. Une étude cinématique montre les zones de l'écoulement où cette vitesse de rotation peut être négligée et celles où elle doit être prise en considération. Dans un second temps, les tensions viscoélastiques prédites par les modèles algébriques et celles provenant du modèle différentiel d'Oldroyd-B sont comparées. On montre que les nouveaux modèles simplifiés reproduisent de mamère satisfaisante les propriétés du modèle différentiel à condition de respecter ['indifférence matérielle des nouvelles formulations proposées. Enfin, différents tests réalisés sur un écoulement 2D montrent que l'utilisat\on de ces modèles algébriques réduit le temps de calcul de manière significative.
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Otheguy, Mendionde Pantxika. "Dynamique de l'appariement tourbillonnaire en milieu stratifie et stratifie tournant". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/06/19/56/PDF/Pantxika_Otheguy.pdf.
Texto completo da fonteResumo:
Une des caractéristiques les plus remarquables des fluides géophysiques est la présence de stratification, c'est-à dire d'un gradient vertical de densité, qui induit une structure en couches horizontales. Lindborg (1999) et Billant & Chomaz (2001) ont proposé que la dynamique au sein de ces couches est tridimensionnelle et non bidimensionnelle comme cela était supposé auparavant. Les derniers ont aussi proposé un mécanisme de sélection de l' épaisseur de ces couches : l'instabilité zigzag qu'ils ont observée dans le cas particulier d'une paire de tourbillons contra-rotatifs. Cependant, les paires de tourbillons contra-rotatifs sont rarement observées dans l'océan et l'atmosphère contrairement aux couples de tourbillons co-rotatifs. De plus, l'appariement de tourbillons co-rotatifs est le processus dominant en turbulence bidimensionnelle responsable du transfert d'énergie des petites vers les grandes échelles. Au cours de ma thèse, je me suis donc intéressée à la dynamique de tourbillons co-rotatifs verticaux dans un fluide stratifié. Une instabilité associée au même effet physique que l'instabilité zigzag a été découverte. Elle décorrèle verticalement l'appariement de ces tourbillons, suggérant que l' instabilité zigzag est générique et affecte tout écoulement stratifié constitué de plus d'un tourbillon. L'analyse numérique de stabilité linéaire a montré que cette instabilité consiste en un mode déplacement et sélectionne une échelle verticale proportionnelle à l' échelle de flottabilité définie comme Fb, où F est le nombre de Froude horizontal et b la distance entre les deux tourbillons. Son taux de croissance est proportionnel au champ d'étirement créé par un tourbillon sur son compagnon. L'origine physique de cette instabilité a été identifiée grâce à une étude asymptotique : elle provient du couplage entre le mode de déplacement d'un tourbillon et le champ d'étirement généré par l'autre tourbillon. Observations expérimentales et Simulations Numériques Directes montrent que les non-linéarités n'inhibent pas le développement de l'instabilité zigzag qui entraîne bien une décorrelation verticale de l'écoulement selon une échelle proportionnelle à l'échelle de flottabilité. Enfin, l'effet de la rotation de la Terre a été étudié et nous avons montré que l'instabilité Zigzag reste active en présence de la force de Coriolis. Son taux de croissance est indépendant du taux de rotation. En régime fortement tournant, on retrouve l'approximation quasi-géostrophique : l'instabilité zigzag est similaire à l'instabilité ``tall-column'' découverte par Dritschel & de la Torre Juàrez (1996) et la longueur d'onde la plus instable est proportionnelle à Fb/Ro, où Ro est le nombre de Rossby. Cette instabilité affecte donc les écoulements géophysiques sur une large gamme d' échelles aussi bien dans l'océan que dans l'atmosphèreOne of the main characteristics of geophysical flows is the presence of stable stratification, i. E the presence of a vertical density gradient. Such flows are generally organized into thin horizontal layers. This PhD thesis investigates numerically, theoretically and experimentally the dynamics of a pair of co-rotating vertical vortices in a stratified fluid in order to understand the mechanism of formation of such layered structure. Such flow is of high interest because co-rotating vortex pairs play an important role in two-dimensional turbulence through the merging process which leads to the energy transfer from small to large scales. A three-dimensional instability has been discovered. It is similar to the zigzag instability observed on a pair of counter-rotating vortices in a stratified fluid and it decorrelates the vortex merging along the vertical. A numerical three-dimensional stability analysis has shown that the zigzag instability dominates for strong stratification whereas the elliptic instability dominates for weak stratification. The zigzag instability bends symmetrically the two vortices without significant internal deformation. It selects a wavelength proportional to Fh b, where Fh is the horizontal Froude number and b the separation distance between the vortices. Its growth rate is proportional to the strain rate. An asymptotic analysis has recovered these scaling laws and has shown that the zigzag instability comes from the coupling between vortex bending modes and the strain field that each vortex generates on the other. Experimental observations and Direct Numerical simulations have also shown that the vertical lengthscale selected by the instability agrees with the predictions. Of the stability analyses. The non-linear effects do not slow down the instability development but tends to recorrelate the fluid within each layers and to expel vertical gradients in between these layers. In the final part, the effect of planetary rotation has been investigated. It is shown that the zigzag instability remains active with a growth rate independent of the Coriolis parameter. In the rapidly rotating regime (quasi-geostrophic), the zigzag instability is similar to the "tall-column" instability with the most unstable wavelength proportional to Fh b / Ro, where Ro is the Rossby number. This instability may therefore affect geophysical flows for a large range of parameters both in the oceans and the atmosphere
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Bailly, Pascal. "Contribution à l'étude de l'interaction turbulence - combustion dans les flammes turbulentes de prémélange à l'aide de modèles du second ordre". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2279.
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On considere la modelisation de l'interaction entre turbulence et combustion dans le cas des flammes turbulentes de premelange ou le regime de flammelettes s'applique. Dans ce regime, le processus de combustion est controle majoritairement par le melange turbulent. Dans certaines situations, des effets de diffusion turbulente non-gradient, voire a contre gradient, peuvent apparaitre conduisant a une forte production de turbulence par la flamme. Deux configurations de calculs sont considerees: une flamme turbulente accrochee en aval d'un obstacle et une flamme turbulente stabilisee par une marche descendante. L'interaction combustion-turbulence est modelisee au moyen d'un modele de type bml associe aux equations de bilan pour l'ensemble des flux turbulents. Dans le cas de la flamme stabilisee en aval de l'obstacle, on montre que la diffusion non-gradient joue un role negligeable. En revanche, seul le modele du second ordre pour les tensions de reynolds permet de prendre en compte les proprietes de l'ecoulement isotherme et reactif. Pour la flamme stabilisee par la marche descendante, la diffusion turbulente a contre gradient a travers le front de flamme etant preponderante, on montre que seul le modele du second ordre pour les flux turbulents de masse permet de representer ce phenomene
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Rahmani, Ariane. "Simulation des grandes Échelles pour les incendies en tunnels". Lyon 1, 2006. http://www.theses.fr/2006LYO10032.
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L'étude présentée dans ce mémoire porte sur l'utilisation de la Simulation des Grandes Échelles (LES) pour déterminer le mouvement des fumées lors d'un incendie en tunnel. L'écoulement est turbulent, quasi-incompressible et avec de fortes différences de densité. Dans un premier temps, le code FDS est testé sur un cas d'expérience sur maquette. Puis des comparaisons avec un code plus complexe sont réalisées sur un cas d'école. Enfin, le code est mis en situation sur un cas réaliste d'incendie dans un tunnel grandeur nature. Ces multiples simulations mettent en évidence l'intérêt de la LES pour l'avancée des recherches sur le mouvement des fumées et la stratification de l'écoulement. Elles démontrent également la faisabilité d'études proches de cas d'ingénierie en LES. Enfin, il est noté que des études plus poussées sont nécesaires sur les écoulement stratifiés hors couche limite
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Dautriat, Jérémie. "Comportement hydromécanique de roches réservoir sous contraintes : relations entre évolution de perméabilité et échelles des mécanismes d'endommagement". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/38/57/77/PDF/Manuscrit_These_Dautriat.pdf.
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La compréhension et la prévention des mécanismes d'endommagement ayant un impact sur les cinétiques de production et les taux de récupération reste un problème ouvert en ingénierie de réservoir. L'objectif de cette étude repose sur la caractérisation du comportement hydromécanique de roches gréseuses et carbonatés en 'condition de réservoir' et l'identification des mécanismes locaux responsables des évolutions de perméabilité mesurables macroscopiquement. L'essentiel du travail expérimental s'est articulé autour d'un dispositif triaxial original, permettant de mesurer en cours de chargement les évolutions de perméabilité dans les directions principales du tenseur de contraintes. La validation de notre protocole effectuée, une première campagne d'essais en compression hydrostatique et uniaxiale sur les grès de Fontainebleau et de Bentheim permet, d'une part, une analyse plus fine du comportement intrinsèque de ces matériaux par la mise en évidence et la prise en compte d'effets expérimentaux, et d'autre part d'étudier l'impact de l'endommagement fragile sur les perméabilités directionnelles. Une seconde série d'expériences de compression, selon différents chemins de chargement, a été réalisée sur un carbonate, le calcaire d'Estaillades. En régime de déformation élastique, la modélisation de la réduction de perméabilité a été appréhendée par une approche Réseau de Pores, basée sur une représentation simplifiée de l'espace poreux et extraite des reconstructions 3D par µ-tomographie RX. Si la rupture fragile des échantillons ne perturbe que très peu la perméabilité initiale, à plus haute pression effective, les diminutions de perméabilité peuvent atteindre 90% et sont alors associées aux mécanismes de pore collapse. L'analyse des échantillons déformés, couplée aux techniques de corrélation d'images acquises in-situ sur des dispositifs de compression simple sous MEB et sous Optique, permet une meilleure prise compte du rôle des échelles d'hétérogénéités dans la localisation des déformations et de mieux définir leur impact sur les évolutions de perméabilités à l'échelle de l'échantillonThe Understanding and the prevention of damage mechanisms, which have an impact on the kinetics of production and the rate of recovery, remain an outstanding issue in reservoir engineering. The aim of this study, based on the characterization of the hydromechanical behaviour of sandstone and carbonate rocks in 'reservoir conditions', is the identification of the local mechanisms responsible for changes in permeability measured macroscopically. The experimental work was performed with an original triaxial set-up, which allows measurements of the stress-induced permeability evolutions in the principal directions of the stress tensor. A first experimental campaign, consisting in hydrostatic and uniaxial compression tests, has been performed on Fontainebleau and Bentheim sandstones. In one hand, we showed that experimental end-effects might affect significantly the ‘classical' axial permeability measurements, and in the other hand, we have determined the impact of brittle failure on directional permeabilities. Compression experiments, following different stress-paths, were also carried out on a carbonate, the Estaillades limestone. In elastic deformation regime, the reduction of permeability was modelized by pore network simulations, based on 3D reconstructions of μ-tomography RX and a simplified representation of the pore space. While brittle fracture of carbonate samples induced slight permeability evolutions, at higher effective pressure, permeability drops can reach 90% to the initial values and are associated with mechanisms of pore collapse. The post-mortem analysis of deformed samples, coupled with digital image correlation methods, using both SEM and Optical acquisition devices, provide a better understanding of the role of the heterogeneities, identified at different scales, in the strain localization and their potential impacts on permeability changes at the sample scale
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Dridi, Walid. "Influence de l’acoustic streaming sur les instabilités des écoulements chauffés latéralement". Lyon 1, 2008. http://n2t.net/ark:/47881/m6mc8x5j.
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Le contrôle des instabilités dans le bain fondu lors de la croissance cristalline est un processus important pour l’obtention de cristaux de qualité. Outre le recours à la microgravité ou l’application d’un champ magnétique constant ou tournant, l’application d’un champ acoustique qui génère un écoulement connu sous le nom d’acoustic streaming peut aussi être un moyen de contrôle de ces instabilités. Dans ce mémoire de thèse, l’effet de l’acoustic streaming sur la structure des écoulements convectifs dans les bains fondus ainsi que sur leurs propriétés de stabilité a été étudié. Deux configurations on été considérées mettant en jeu des fluides de faible nombre de Prandtl (métaux liquides) chauffés latéralement. Tout d’abord le cas d’une couche fluide confinée entre deux plaques planes horizontales d’extension infinie et ensuite le cas d’un fluide au sein d’une cavité parallélépipédique 3D de section carrée. Dans le cas de la couche fluide d’extension infinie, les profils de vitesse et de température de base sont calculés analytiquement et leurs propriétés de stabilité sont déterminées à l’aide d’un code de stabilité basé sur la méthode spectrale Tau-Chebyshev. Les diagrammes de stabilité obtenus montrent l’influence de l’intensité acoustique, de la dimension de la source acoustique ainsi que de son décentrement : des effets de stabilisation sont mis en évidence sur certaines gammes de paramètres, et ces effets sont ensuite analysés par analyse énergétique. Dans le cas de la cavité 3D, les différents écoulements ont été déterminés à l’aide d’un code de simulation numérique directe aux éléments spectraux couplé à une méthode de continuation. Les résultats du cas thermique pur ainsi de l’effet du champ acoustique sur ces écoulements convectifs sont présentés sous forme de diagrammes de bifurcation qui présentent l’évolution des écoulements en fonction du nombre de Grashof. Une attention particulière est portée à l’étude des points de bifurcation stationnaire et oscillatoire et à leur variation en fonction de l’intensité acoustique, du rapport de forme de la cavité et du nombre de Prandtl. Des effets de stabilisation par l’acoustic streaming sont obtenus, mais ils ne sont pas systématiquesWe study the effect of acoustic streaming (steady flow generated by progressive acoustic waves) on the stability of convective flows associated with crystal growth from melt in horizontal Bridgman configurations. We consider two simple configurations: an extended fluid layer submitted to a horizontal temperature gradient and a laterally heated parallelepipedic cavity. In both cases, the dependence of the critical Grashof number Grc on the acoustic intensity (monitored through the acoustic parameter A) is determined for given values of the Prandlt number and of the dimension of the acoustic source Hb. In the case of the extended fluid layer, it is shown that for rather small beam widths Hb, the acoustic streaming destabilizes the buoyant flows, but for a large beam width, a range of acoustic intensities A is found for which the buoyant flows are stabilized. An adequate decentring of the beam can also enhance the stabilization. In the case of the parallelepipedic cavity of length Ax, both the structure of the flows and their stability properties are determined. The flows have different symmetries, but these symmetries are generally broken at the first bifurcation points. Bifurcation diagrams are obtained which show that the flows become oscillatory periodic at a Hopf bifurcation, either directly on the primary steady solution branch, or on a secondary branch which bifurcates from the primary branch at a steady bifurcation point. The critical Grashof numbers for these bifurcation points are calculated as a function of the cavity length Ax, the Prandtl number Pr and the acoustic streaming parameter A. The thresholds are generally found to increase when the acoustic streaming contribution is enhanced, which indicates a stabilizing effect induced by acoustic streaming and may explain the observed improvement of the crystal quality when ultrasound waves are applied during the growth process. Destabilization effects are, however, found in some parameter range
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Aubard, Guillaume. "Simulation des grandes échelles des instationnarités basses fréquences d'une interaction onde de choc couche limite sur plaque planeTexte imprimé". Paris, ENSAM, 2012. http://www.theses.fr/2012ENAM0019.
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Les interactions ondes de choc/couches limites qui se développent sur les parois des véhicules aéronautiques sont le siège d'instationnarités à des fréquences de l'ordre de la centaine de Hertz qui constituent une source d'excitation aérodynamique. Le projet ANR SPICEX, dans lequel s'inscrit la présente étude, s'attaque à la modélisation numérique de ces phénomènes basses fréquences. On s'intéresse à la dynamique instationnaire du cas d'interaction entre une onde de choc et une couche limite supersonique sur une plaque plane (IOCCL). Un outil numérique de Simulation des Grandes Échelles (SGE) est développé pour les écoulements en régime compressible. Une méthode de capture de choc et une condition d'entrée instationnaire peu coûteuses sont mises en place. Une attention particulière est portée sur la validation de la stratégie numérique adoptée, et notamment sur la modélisation SGE. Des simulations de couche limites turbulentes ainsi que du cas d'IOCCL sont réalisées et permettent d'asseoir les choix numériques adoptés. Une SGE de l'IOCCL instationnaire couvrant plusieurs dizaines de cycles de la dynamique à basses fréquences est également réalisée afin de caractériser cette dernière. Les résultats de l'étude suggèrent que les instationnarités basses fréquences sont liées à une synchronisation globale de l'écoulement, caractérisée par une respiration cyclique de la zone décollée associée à un mouvement de va-et-vient du choc réfléchi, ainsi qu'à une modulation de la couche de mélange. L'étude suggère que le couplage entre la force de rappel exercé par le choc incident et les perturbations issues de la turbulence amont et de la couche de mélange est à l'origine d'une modulation large bande de l'éjection des tourbillons en aval de l'écoulement qui correspond de manière statistique à la dynamique basse fréquence d'intérêtShock wave / turbulent boundary layer interactions arising on aeronautical vehicles are prone to unsteadiness with a low frequency of few hundred Hertz, which can induce severe aerodynamic loads. The present study is done in the framework of the ANR project SPICEX, which deals with the numerical modeling of these low-frequency phenomena. The unsteady dynamics of a shock wave / turbulent boundary layer interaction (SWTBLI) on a flat plate is investigated. A numerical tool based on Large Eddy Simulation (LES) is developed for the compressible regime. In particular, efficient strategies for shock capturing and turbulent inflow generation are implemented. A particular attention is devoted to the validation of the present algorithms, notably concerning the LES models. Turbulent boundary layer and SWTBLI simulations are conducted, and give confidence in the present numerical strategy. LES of an unsteady SWTBLI covering dozens of low-frequency cycles is performed. The results suggest that the low-frequency dynamics is related to a global synchronization of the flow, characterized by a cyclic breathing motion of the recirculation bubble, associated with a fore-and aft motion of the reflected shock, together with a modulation of the mixing layer. The study shows that the coupling between the restoring force due to the incident shock and the disturbances generated by the incoming turbulence and the mixing layer is responsible for the low-frequency broadband modulation of the vortex shedding in the downstream flow, corresponding statistically to the low frequency of interest
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Renard, Paul-Henri. "Etudes d'interactions flamme-tourbillon : implications pour la combustion turbulente". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1999. http://www.theses.fr/1999ECAP0650.
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La complexité des mécanismes physiques en jeu en combustion turbulente et la difficulté à mesurer des grandeurs physiques dans des configurations réelles ont considérablement ralenti l'avancement des connaissances dans ce domaine. Un moyen de se sortir de ce mauvais pas est d'étudier des configurations modèles simples pour espérer tirer des informations exploitables pour des cas plus complexes. L'étude des interactions flamme/tourbillon relève de cette démarche. Ce travail de thèse s'articule autour de quatre chapitres. Le premier commence par exposer un certain nombre de faits expérimentaux liés aux tourbillons. Puis, on y fait le bilan des connaissances sur les interactions flamme/tourbillon tant dans le cas prémélange que dans le cas non-prémélange. Enfin, une petite synthèse des théories les plus récentes sur les diagrammes de combustion turbulente est présentée. Le deuxième chapitre présente les différents moyens d'analyse à notre disposition. Le dispositif expérimental est d'abord présenté. Puis, une description, assez détaillée, des techniques de mesure est proposée. Enfin, l'interprétation des mesures est faite à la lumière de simulations numériques directes d'interactions flamme/tourbillon bidimensionnelles. Un certain nombre de calculs analytiques sont présentes dans le troisième chapitre. Ils permettent d'avoir accès à des grandeurs physiques importantes pour la compréhension de la dynamique de l'interaction qui ne sont pas accessibles à la mesure. Le dernier chapitre présente les résultats de ce travail. Pour commencer, des mesures expérimentales sont présentées pour le cas prémélange. Elles confirment des résultats antérieurs de simulation et ouvrent de nouveaux horizons sur l'étude des interactions de fronts de flamme. Puis, le cas non-prémélange est traité. Des résultats de simulations sont d'abord analysés, ce qui donne des clés pour la compréhension des résultats expérimentaux. Une comparaison de nos modèles théoriques sur les tourbillons avec l'expérience est ensuite faite. Les différents régimes d'interaction sont alors présentés et regroupés dans un diagramme spectral qui permet l'élaboration d'un diagramme de combustion turbulente. Pour finir, un modèle de combustion turbulente pour la simulation aux grandes échelles est proposé.
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Parnaudeau, Philippe. "Etude numérique d'un écoulement cisaillé turbulent complexe à basse vitesse : application à la protection rapprochée". Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2311.
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Des sillages complexes sont étudiés par Simulations Numériques Directes et aux Grandes Echelles. Afin de tenir compte de l'obstacle, une méthode de forçage a été implantée au sein d'un code de calcul qui utilise des méthodes numériques de haute précision sur un maillage cartésien. Pour modéliser le plus fidèlement possible l'écoulement autour d'un cylindre, la méthode de forçage a subi des modifications. Ainsi à l'aide d'un écoulement miroir, défini au sein de l'obstacle, nous avons amélioré cette méthode. Les SND autour d'un cylindre mettent en évidence ces améliorations. En particulier, nous nous sommes attachés à démontrer l'importance de l'utilisation de schémas de discrétisations spatiales d'ordre élevées dans le cadre de notre étude. L'étude d'un sillage de cylindre pour un nombre de Reynolds de 3900 a permis de valider notre approche dans le cadre des SGE. Enfin une étude préliminaire d'une couche de mélange en interaction avec un sillage est proposéeComplex wakes are studied by Direct and Large Eddy Simulations. In order to take account of the obstacle, a method of forcing was established in numerical code which uses numerical methods of high precision on a Cartesian grid. In order to keep accurately best possible in modelling the flow around a cylinder, the method of forcing underwent modifications. Thus using a flow mirror, definite within the obstacle, we improved this method. The DNS around a cylinder highlight at these improvements. In particular, we highlighted the importance of using high order space discretizations schemes within the framework of our study. The study of a wake of cylinder for a Reynolds number of 3900 was used to validate our approach within the framework of the LES. Finally a preliminary study of a mixing layer in interaction with a wake is proposed
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Nguyen, Thi Phuong. "Simulation numérique et analyse physique des couches limites turbulentes compressibles sous l'influence des gradients de pression". Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT041H.
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Ce travail est consacre à la modélisation numérique et l'analyse physique des couches limites compressibles soumises à des gradients de pression favorables et adverses. Dans la première partie, une couche limite incompressible sans gradient de pression est calculée par un code de calcul de type parabolique. Les résultats théoriques et expérimentaux nous ont permis de valider ce code et d'évaluer la performance des différents modèles de turbulence a deux équations. Ensuite, nous étudions les effets de la compressibilité. L'extension des fonctions d'amortissement des modèles classiques de type k - e aux écoulements compressibles est discutée. Les résultats comparés avec les données expérimentales nous montrent la capacité des modèles de décrire des couches limites compressibles. Dans la dernière partie, le code de calcul est appliqué aux écoulements compressibles à des gradients de pression favorables et adverses. Les effets des gradients de pression sur les couches limites subsoniques sont analysés, et ensuite nous étudions les effets combinés des gradients de pression et de la compressibilité. Les performances de différents modèles dans ces configurations complexes sont évaluées.
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Nguyen, Van Thinh. "Modélisation de l’interaction entre hydroliennes et le courant dans un courant de marée comme celui du Raz Blanchard". Caen, 2015. http://www.theses.fr/2015CAEN2036.
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Parmi les sources d’énergies provenant de la mer, l’exploitation des courants de marée présente un intérêt particulier, notamment dans le Cotentin avec la présence du Raz Blanchard (le deuxième courant le plus fort au monde). Les méthodes d’évaluation et d’optimisation de l’exploitation de cette ressource doivent encore être améliorées. En particulier, elles doivent mieux prendre en compte les effets de la turbulence sur les interactions entre un courant de marée et des hydroliennes disposées en parc. Dans cette thèse une méthodologie de simulation basée sur l’utilisation de l’Actuator Disk (AD) est mise en place. Elle consiste à simuler la présence de l’hydrolienne à axe horizontal par un disque poreux de résistance équivalente. Le modèle est confronté à des mesures en canal effectuées dans le sillage d’un disque poreux placé dans un courant. Nous utilisons une approche de type Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (RANS) et comparons les résultats de plusieurs modèles de turbulence à deux équations et plus (k- Standard, k- Realizable, k- SST, RSM). Les simulations sont effectuées sans puis avec un terme source. Les simulations sont ensuite effectuées à l’échelle d’une turbine placée dans le courant du Raz Blanchard ce qui permet d’étudier l’effet de l’orientation du courant sur la production d’énergie d’un parc pilote. Enfin, nous abordons la modélisation d’une machine à axe vertical (de type Darrieus) par une méthode proche de l’AD associée à l’approche RANS. Cela permet de prévoir les forces qui s’exercent sur les pales et les vitesses dans le sillage. La validation avec des mesures donne des résultats encourageantsAmong the existing marine renewable energies, the exploitation of tidal current raises a particular interest in the Cherbourg peninsula where the Raz Blanchard, the world's second strongest current, is located. The reliability of the methods used to optimize the arrangement of tidal turbines within a tidal farm must be improved. A particular attention should be paid to the modelling of the turbulence because it strongly affects the interactions between the turbines and the local currents. In this thesis, a methodology based on the Actuator Disk (AD) concept is established. The tidal turbine is represented by a porous disk having a given thrust. The model results are compared to experimental measurements carried out in the wake of a porous disk placed in a laboratory flume. Several turbulence models such as the Standard k-ε and Realizable k-ε models, the SST k-ω model and the Reynolds Stress Model (RSM) are compared. Simulations are performed without and with a source term for Turbulent Kinetic Energy respectively. Simulations are then carried out with one turbine placed in a flow representative of the hydrodynamic conditions of the Raz Blanchard. It permits to investigate the effect of a time-varying current direction on the energy produced by a pilot farm. Finally, a method similar to the AD associated to the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (RANS) is applied to simulate a Darrieus turbine. The model successfully predicts the forces exerted on the blades and the velocities in the wake. It constitutes a first step towards realistic applications intending to optimize the arrangement of vertical axis turbines in a tidal farm
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Coppens, Fabien. "Simulations numériques sur le développement de la turbulence dans un tourbillon". Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT014H.
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Les tourbillons constituent des écoulements d'un grand intérêt aussi bien théorique que technologique. Au vu des difficultés rencontrées dans les approches expérimentale et de modélisation, on a employé les outils de simulation numérique directe (DNS) et des grandes échelles (LES) pour étudier les possibilités de développement et le devenir de la turbulence dans les tourbillons, décrits ici par un choix de modèles analytiques. Un résumé des connaissances actuelles sur la stabilité hydrodynamique des écoulements tourbillonnaires a été effectué, qui met en évidence la probable mais non évidente stabilité du tourbillon bidimensionnel, et l'existence d'une infinité de modes propres amplifiés dans le cas du tourbillon tridimensionnel défini par le modèle de Batchelor. Une simulation LES de ce dernier, dans lequel on introduit l'un des modes issus de la stabilité linéaire, a permis de décrire l'amplification d'une turbulence développée. L'évolution de l'instabilité entraîne une rapide résorption du champ de vitesse axiale du tourbillon, sans modification notable de la vitesse tangentielle. Le tourbillon se retrouve alors dans une configuration stable. Une analyse statistique de l'écoulement a été effectuée, qui caractérise l'évolution des corrélations turbulentes, informations utiles pour le développement ultérieur de modèles de turbulence dans les écoulements rotatifs. Une simulation DNS du tourbillon bidimensionnel de Lamb-Oseen soumis à une perturbation aléatoire a confirmé la stabilité de cet écoulement. Il a enfin été possible de simuler l'amorce linéaire du développement de l'instabilité de Widnall. Cette instabilité résulte de l'interaction de deux tourbillons dans les phases finales d'évolution d'un sillage d'avion, et peut contribuer à accélérer sa dispersion.
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Sitbon, David. "Étude de stratégies de calcul multidomaine pour la conception de chambres de combustion de statoréacteurs". Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT049H.
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L'objet de cette these est de mettre a profit les techniques multidomaines structurees pour la simulation de la combustion dans les statoreacteurs. Le code mathilda, developpe a l'onera sert de base a la presente etude. Il resout les equations de navier-stokes tridimensionnelles, moyennees, compressibles, multi-especes par une formulation volumes finis structuree implicite, associee a un modele de turbulence de type k-. L'approche proposee repose sur la mise en oeuvre d'une methode chimere tres souple et sur l'utilisation d'un modele de combustion turbulente de type flammelette. Ce modele, le modele de flamme coherente, que nous avons d'abord implante dans le code, est decrit de facon synthetique puis valide sur des configurations bidimensionnelles planes. Ces dernieres sont tirees de deux experiences distinctes. Ensuite, les differents aspects geometriques et numeriques associes a la technique multidomaine utilisee sont detailles point par point. Nous proposons notamment des changements a apporter au solveur multidomaine originel pour ameliorer le traitement numerique des conditions aux limites multidomaines. Les divers developpements menes dans le code sont testes et valides sur un cas-test de travail specialement defini a cet effet. Le probleme du recouvrement de domaines est egalement aborde. A cette occasion, le principe de couplage entre domaines est expose en detail, de meme que les differentes techniques d'interpolation employees. Ces travaux donnent naissance a une methode chimere originale dans le code, que nous avons couplee a une technique de gestion dynamique des domaines. Enfin, les possibilites des outils multidomaines developpes sont illustrees sur des geometries realistes de chambres de combustion de statoreacteurs. Nous montrons en particulier de quelle facon notre approche peut etre utilisee au stade de la conception.
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Deutsch, Emmanuel. "Dispersion de particules dans une turbulence homogène isotrope stationnaire calculée par simulation numérique directe des grandes échelles". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1992. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1454_edeutsch.pdf.
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Afin d'étudier le comportement et les caractéristiques du mouvement fluctuant de particules entrainées par la turbulence, la dispersion de nuages de particules (25000-100000) a été simulée dans un champ de turbulence homogène isotrope stationnaire calculé à l'aide d'une simulation numérique directe des grandes échelles de la turbulence (large eddy simulation). L'équation du mouvement de chaque particule prend en compte la contribution des forces de trainée, de pression et de masse ajoutée. Des calculs de dispersion de particules en l'absence de forces extérieures ont été réalisés pour trois rapports de densité particules/fluide (=2000, 2. Et 0. 001). La dispersion des particules les plus denses a également été simulée en appliquant une force de gravite pour étudier l'influence du glissement moyen entre les phases. Enfin, en appliquant une force extérieure variant linéairement dans une direction, la viscosité turbulente d'un nuage de particules denses a été calculée. Les résultats sont comparés avec des expressions analytiques obtenues à partir d'une extension de la théorie de Tchen qui consiste à calculer les caractéristiques du mouvement fluctuant des particules en fonction de la turbulence du fluide vue par les particules. Cette extension, à condition de prédire correctement les caractéristiques de la turbulence le long des trajectoires des particules, permet de prendre en compte divers phénomènes, l'effet de la ségrégation des bulles vers des zones à vitesse du fluide plus faible, l'effet de croisement de trajectoires. D'autre part ces simulations ont permis d'affiner et de valider l'expression des coefficients de transport turbulent de la phase dispersée utilisés pour la prédiction numérique des écoulements diphasiques a l'aide d'équations eulériennes dans les deux phases.
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Bournot, Hervé. "Modélisation numérique de la réduction de traînée d'arrière-corps par injection diphasique additionnelle". Aix-Marseille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX11058.
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Le système de réduction de traînée appelé système "base-bleed" consiste en l'injection d'un gaz dans la zone d'arrière-corps d'engins en vol qui va localement augmenter la pression et permettre un gain de portée. Ce manuscrit présente les travaux qui ont été effectués dans le domaine de la simulation numérique et de la modélisation des écoulements diphasiques réactifs compressibles pour développer un outil permettant la prédiction de la réduction de traînée de culot par effet "base-bleed". Les simulations permettent de décrire correctement les différents régimes d'écoulement qui se mettent en place lorsqu'un écoulement axisymétrique fortement décollé se trouve modifié par la présence d'une injection. Elles contribuent à améliorer la compréhension des mécanismes de transition entre ces régimes, notamment sous l'influence des paramètres débit et température. Enfin, les effets de particules d'aluminium réactives ont été étudiés, celles-ci peuvent améliorer l'efficacité du système.
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Menu, Mélissa. "Champs magnétiques générés par effet dynamo dans les objets astrophysiques en rotation". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX104.
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L'objectif de cette thèse est d'étudier la génération des champs magnétiques astrophysiques via l'effet dynamo. L’impact d’une rotation globale et d’un champ magnétique moyen imposés simultanément , configuration appropriée notamment aux intérieurs planétaires et stellaires, est au cœur de cette étude. Une attention particulière est portée à la dynamique temporelle du système, ainsi qu’à la topologie du champ généré. Dans le but d’obtenir une vision d’ensemble, plusieurs approches numériques ont été utilisées, du modèle cubique (code TURBO) focalisé sur l’étude de phénomènes locaux jusqu’au modèle sphérique (code PaRoDy) permettant une comparaison plus directe avec les observations. Ces deux types de géométrie se complètent dans la mesure où l’approche locale, moins contraignante, permet d’observer précisément les conséquences d’un paramètre tandis que l’approche globale est soumise à des contraintes plus réalistes, telles que la convection thermique. Le modèle local a révélé une cascade inverse d’hélicité hybride, second invariant de la MHD doublement anisotrope, dont l’intensité dépend de plusieurs paramètres. Celle-ci est plus importante lorsque la polarisation favorisée par le forçage correspond aux ondes magnétostrophiques (polarisation droite). Également, l’angle d’inclinaison entre les axes du champ magnétique et de la rotation joue un rôle prépondérant, en particulier lorsque θ≻35°, valeur pour laquelle le processus à l’origine de la cascade change et l’affaiblit. Enfin, augmenter le nombre de Prandtl magnétique (Pm) mène à un transfert de l’énergie magnétique vers les grandes échelles plus rapide et plus important . L’étude globale montre également le rôle clé de Pm dans la génération du champ à grande échelle. En effet, les nouvelles valeurs explorées montrent que de forts champs dipolaires peuvent être maintenus dans des régimes plus turbulents. Ce comportement spécifique correspond aux dynamos pour lesquelles la force de Lorentz est non négligeable à grande échelle. L’importance relative de l’inertie face aux forces magnétique est décisive dans la topologie du champ observé. Ainsi, la transition d’un régime dipolaire vers un régime multipolaire est retardée par la force de Lorentz, composante essentielle des équilibres de forces en astrophysique. Ces résultats pourrait s’appliquer à divers systèmes, notamment au champ géomagnétique pendant les renversementsThe objective of this thesis is to investigate the generation of astrophysical magnetic fields via the dynamo effect. The impact of a global rotation and an average magnetic field imposed simultaneously, suitable configuration especially for planetary and stellar interiors, is the main issue of this study. Particular attention is paid to the temporal dynamics of the system, as well as to the topology of the generated field. In order to obtain an overview of the phenomenon, several numerical approaches were used, from the cubic model (TURBO code) focused on the study of local phenomena to the spherical model (PaRoDy code) allowing a more direct comparison with observations. These two types of geometry complement each other : the less constraining local approach makes it possible to observe precisely the consequences of a parameter, while the global approach is subject to more realistic constraints, such as thermal convection. The local model revealed an inverse cascade of hybrid helicity, the second invariant of the doubly anisotropic MHD, whose intensity depends on several parameters. The latter is more important when the polarization favored by the forcing corresponds to magnetostrophic waves (right polarization). Also, the tilt angle between the magnetic field and the rotation axes plays a major role, especially when θ≻35°, the value for which the process causing the cascade changes and weakens it. Finally, increasing the number of magnetic Prandtl (Pm) leads to a faster and more important transfer of magnetic energy to large scales. The global study also shows the key role of Pm in large-scale field generation. Indeed, the new values explored show that strong dipole fields can be maintained in more turbulent regimes. This specific behaviour corresponds to dynamos for which the Lorentz force is not negligible at large scales. The relative importance of inertia compared to magnetic forces is decisive in the topology of the observed field. Thus, the transition from a dipolar regime to a multipolar regime is delayed by the Lorentz force, the essential component of force balances in astrophysics. These results could be applied to various systems, including the geomagnetic field during reversals
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Andro, Jean-Yves. "Aérodynamique d'un profil d'aile battante à bas nombre de Reynolds". Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Andro-Jean-Yves/2008-Andro-Jean-Yves-These.pdf.
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Les récents progrès des microtechnologies permettent le développement de microdrones d’une envergure inférieure à 15 cm devant assurer des missions d’observation ou d’intervention en milieu risqué. Une approche biomimétique utilisant un système de locomotion par ailes battantes semble notamment prometteuse car elle permettrait une capacité de vol stationnaire et une grande manoeuvrabilité en milieu confiné. Cependant, l’aérodynamique des ailes battantes à bas nombre de Reynolds diffère sensiblement de l’aérodynamique des applications classiques en raison du phénomène de lâcher tourbillonnaire et de la superposition de nombreux mécanismes instationnaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons dans un premier temps étudié le lâcher tourbillonnaire derrière un profil d’aile en caractérisant théoriquement et expérimentalement l’apparition de ce lâcher puis en le simulant numériquement. Des essais en bassin hydrodynamique précisent enfin l’influence des effets 3D et du nombre de Reynolds sur les efforts créés par le lâcher tourbillonnaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié par simulation numérique directe (DNS) les mouvements fondamentaux du vol battu, c'est-à-dire le pilonnement pur et le tangage pur, afin de mettre en évidence les mécanismes instationnaires, de différencier les stratégies du vol battu et de proposer des modèles simplifiés pouvant décrire les efforts instantanésRecent progress made in the domain of microtechnologies allow the design of very small sized Micro Air Vehicles (MAVs), whose wingspan is inferior than 15 cm, suitable for observation or intervention in hazardous environments. A biomimetic approach using flapping wing locomotion seems to be promising because it could allow hovering flight and great manoeuvrability in confined environments. However, flapping wings aerodynamics at low Reynolds numbers differs from classical applications aerodynamics due to the vortex shedding phenomenon and the superimposition of various unsteady mechanisms. In a first time, we have studied the vortex shedding on an airfoil by characterising theoretically and experimentally its apparition and then by simulating it numerically. Experiments in a water tank have finally specified the three dimensional effects and Reynolds number effects on the efforts generated by the vortex shedding. In a second time, thanks to direct numerical simulation (DNS), we have studied the fundamental movements of the flapping flight, i. E. Pure heaving and pitching movements, so as to emphasize the various unsteady mechanisms, to differentiate the various flapping flight strategies and to propose simplified models that could describe instantaneous efforts
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Meunier, Alain. "Simulations numériques de suspensions de sphères dans un fluide visqueux". Nice, 1990. http://www.theses.fr/1990NICE4375.
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Le sujet de la thèse est l'étude, par simulation numérique, de systèmes de particules sphériques dans un fluide visqueux. Dans le premier chapitre, on développe une méthode pour calculer les interactions hydrodynamiques de N sphères dans un fluide, en présence d'une paroi rigide. La deuxième partie est consacrée à l'étude de situations simples que nous avons modélisées en utilisant une méthode de sommation des interactions deux à deux. On note un aspect inattendu du comportement de deux sphères côte à côte d'un plan, en présence d'un cisaillement qui, contrairement à la situation en milieu infini, ne forment pas un doublet mais ont tendance à se séparer. Le troisième chapitre traite de la filtration tangentielle où une suspension de particules est cisaillée au-dessus d'une paroi poreuse. Nos résultats montrent, qu'en l'absence d'une force de répulsion entre particules, l'évolution du système ne peut se décrire en terme de diffusion mais qu'il suffit d'ajouter cette force pour que l'on observe la re-suspension d'un sédiment. La dernière partie traite des contraintes s'exerçant sur des agrégats de sphères flottantes dans un cisaillement, et de leur coefficient de friction. Nous obtenons un rayon hydrodynamique voisin du rayon de giration. Dans le cas de chaînes de particules alignées ou d'agrégats déterministes, la contrainte varie comme le cube de N, nombre de particules. Dans le cas des agrégats aléatoires, elle est proportionnelle à N. Enfin dans le cas des chaînes à rotation libre, la contrainte varie en puissance de l, longueur de persistance de la chaîne
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Carpy, Sabrina. "Contribution à la modélisation instationnaire de la turbulence : modélisations urans et hybride rans/les". Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2342.
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Cette thèse concerne la modélisation instationnaire de la turbulence. La présence de structures à grande échelle dans des écoulements statistiquement stationnaires invalide certaines hypothèses. L’introduction du terme pour les équations URANS ne suffit pas, une nouvelle décomposition et un opérateur associé sont nécessaires. L’applicabilité des méthodes de fermeture usuelles doit alors être vérifiée. Par exemple, la périodicité du jet synthétique entraîne un non-équilibre créant un non-alignement permanent des tensions de déformation et d’anisotropie que le modèle RSM reproduit mais pas le modèle k-ε. La modélisation hybride RANS/LES non-zonale, dérivée d’une proposition initiale de Schiestel, repose donc sur des équations de transport pour les tensions de Reynolds (ij)SGS, et pour la dissipation, où l’opérateur de décomposition joue le rôle d’un filtre dont la fréquence de coupure peut être maîtrisée. La qualité des résultats obtenus sur une couche de mélange temporelle atteste de la capacité de ce modèle à capter les grandes structures de l’écoulementThe aim of this work is to account for the unsteadiness effects on the turbulence in single point closure. The existence of large scale structures in statistically steady flows leads to reconsider some hypothesis. Much more than adding the time derivatives , the URANS equations needs to consider a new decomposition and an assiociated operator. Therefore, the applicability of usual closure methods has to be examined. For exemple, the periodicity of a synthetic jet leads to a non-equilibrium, which induces a permanent misalignment of anisotropy tensor and strain tensors. RSM are able to reproduce this misalignment, whereas k-ε. Model can't. A seamless hybrid RANS/LES method, based on the version of Schiestel's model, relies on transport equations for the subgrid stress (ij)SGS and dissipation. The decomposition operator is then assimilated as a filter with an adapatative cutoff frequency. The predictions obtained on a temporal mixing layer shows the ability of this model to capture the very large structure of the flow
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Madec, Laurent. "Conception, mise en oeuvre et modélisation d'un procédé d'agglomération de particules submicroniques en vue de les rendre filtrables et redispersables". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL064N.
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La production des solides divisés s'oriente désormais vers des applications de plus en plus spécifiques, avec des tailles de particules souvent inférieures au micron. La filtration et le lavage de ces produits soulèvent de nombreux problèmes, qui peuvent être résolus en provoquant une agglomération contrôlée. Cependant, en dépit d'applications dans de nombreux secteurs de l'industrie, les procédés d'agglomération restent encore très peu maîtrisés et nécessitent une meilleure connaissance des mécanismes élémentaires. Les résultats présentés dans ce manuscrit sont relatifs au procédé d'agglomération en suspension de particules submicroniques d'un pigment organique d'intérêt industriel- la diméthyl quinacridone -, de telle façon que les agglomérats formés soient suffisamment résistants pour être facilement filtrables, puis redispersables dans leur milieu d'application. Une étude expérimentale a d'abord permis, de mieux comprendre le déroulement du procédé, puis d'en optimiser les conditions opératoires physico-chimiques et hydrodynamiques. Cette étude s'est concrétisée par le développement d'une méthode originale de mise au contact des réactifs, ayant fait l'objet d'un dépôt de brevet. L'analyse des différents résultats expérimentaux a ensuite conduit à l'élaboration de modèles phénoménologiques pour les différentes phases du procédé. La mesure des propriétés intermédiaires des agglomérats étant très difficile la simulation numérique a constitué un outil intéressant pour la compréhension du procédé et la validation des modèles. La résolution du bilan de population a été réalisée par une technique particulaire dite de Monte-Carlo, autorisant une description plus fine des agglomérats : la simulation prend aussi bien en compte la taille que la composition des agglomérats, voire leur structure interne. Un couplage avec un logiciel de mécanique des fluides numérique, permettant d'évaluer l'influence des conditions hydrodynamiques, a fourni des premiers résultats encourageants.
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Derouineau, Stéphanie. "Etude expérimentale et numérique de l'écoulement de convection naturelle généré entre deux volumes de fluide superposés et communiquant au travers d'une ouverture horizontale". Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2286.
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Les simulations confirment ce résultat et donnent une loi d'échange proportionnelle à RaD1/2. Ce mémoire présente l'étude expérimentale et numérique (DNS 2D) de l'écoulement de convection naturelle généré entre deux volumes de fluide à températures différentes, superposés et communiquant au travers d'une ouverture mince horizontale. Les visualisations par tomographie laser mettent en évidence différents régimes d'écoulement : laminaire puis pseudo périodique pour les faibles nombres de Rayleigh (Ra) et chaotiques à Ra élevé. Une analyse fine des mécanismes tridimensionnels complexes d'échange au sein de l'ajutage est proposée. Les simulations numériques restituent fidèlement l'aspect qualitatif des mécanismes observés. Expérimentalement, l'enthalpie échangée indique que la longueur caractéristique du phénomène est indépendante des hauteurs des volumes de fluide et est une fonction complexe de l'épaisseur et du diamètre D de l'ajutage, D demeurant le paramètre principalThis thesis presents an experimental and numerical (DNS 2D) study of natural convection flow induced by exchange between two superposed fluid compartments at different temperatures, through a thin horizontal aperture. Laser tomography visualisations reveal different flows : laminar, pseudo periodical for low Rayleigh number and chaotic for high Rayleigh number. An analysis of complex three-dimensional local exchange mechanisms is proposed. Direct numerical simulations give faithful mechanisms reproduction. Experimentally, net heat transfer quantification shows that characteristic length is independent of compartment's heights but is a complex function of thickness and diameter D, D remaining the main parameter. Numerical simulations confirm this result and give an exchange law proportional to RaD1/2
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Gurtner, Gérald. "Géométrie, topologie et optimisation des réseaux et structures cellulaires". Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077165.
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Bien que de natures différentes, certains réseaux - électriques, thermiques, hydrauliques, mécaniques -possèdent au premier ordre des analogies formelles très fortes, qui permettent le traitement unifié de l'étude de leurs propriétés émergentes - conductivités, modules élastiques. À l'aide d'un principe variationnel, nous avons ainsi dérivé des bornes absolues portant sur ces propriétés, ainsi qu'un ensemble de conditions nécessaires et suffisantes, purement géométriques, pour qu'un réseau quelconque atteigne la borne et soit optimal. Grâce à celles-ci, nous avons trouvé plusieurs nouvelles structures optimales, en deux comme en trois dimensions. Dans une deuxième partie, grâce à un code numérique qui nous a permis aussi de vérifier les résultats précédents, nous avons caractérisé la transition entre mode de flexion et mode de compression qui existait dans un certain type de réseaux, les matériaux fibreux. En relation avec les conditions précédentes, nous avons aussi calculé analytiquement certaines quantités statistiques microscopiques de ces assemblages, qui pourraient servir à la compréhension du phénomène. D'autre part, toujours grâce au programme, nous avons montré dans les réseaux mécaniques que la variation de la raideur aux jonctions amenait à plusieurs transitions, avec des lois de puissance. Enfin, dans une dernière partie, nous avons montré qu'en partant de réseaux proches de l'optimum, on pouvait calculer analytiquement leurs caractéristiques macroscopiques en fonction de l'écart au réseau optimal, et qu'une nouvelle grandeur moyenne basée sur les conditions d'optimalité de la première partie semblait être pertinente pour quantifier cet écartSome particular networks of very different essences - electrical, thermal, fluidic, mecanic - exhibit, in a first approximation, some strong mathematical analogies, allowing us to conduct a common analysis of their emergent properties - electrical, thermal or fluidic conductivity, and elastic moduli. With a variationnal approach, we established absolute bounds on these quantifies as well as a set of geometrical necessary and sufficient conditions (NSC) to reach them. These conditions lead to new optimal structures, both in two and three dimensions. Thanks to a numerical program, which allowed us to verify these predictions, we then characterized the bending/streching transition which appears in fibrous networks. With the help of the NSC, we computed analytically some statistic, microscopic features of these networks, which might be of importance in the future to understand this phenomenon, as our analyze suggests it. Moreover, we used the programm to investigate the problem of the junctions' energy and showed the presence of several transitions, described by power laws. Finally, we calculated the macroscopic characteristics of some networks close to the optimality, and introduced a new average quantity based on the NSC which seemed to be of importance to quantify this deviation from optimality
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Léon-Becerril, Elisabeth. "Analyse de stabilité et simulation numérique des colonnes à bulles". Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0010.
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L'objectif de la thèse est la simulation numérique de l'hydrodynamique et du mélange en colonnes à bulles. En régime homogène, les bulles de gaz montent uniformément; en augmentant le débit de gaz, le régime devient hétérogène avec la présence de "grosses" structures. Ces structures ont un caractère instationnaire et contribuent au mélange. Il s'agit donc de simuler ces structures. La première partie explique l'apparition des "grosses" structures à partir d'une analyse de stabilité d'une colonne à bulles. Un régime d'écoulement permanent et établi est perturbé. L'analyse détermine dans quelles conditions la perturbation s'amplifie. Notre approche permet d'unifier des travaux antérieurs et d'expliquer les différences entre les modèles. Le rôle prépondérant de la déformation des bulles est intégré à l'analyse de stabilité. L'analyse est validée à partir de mesures de la vitesse du gaz et la vitesse de propagation des ondes, à différentes vitesses de liquide. L'analyse de stabilité permet aussi de déterminer la transition entre régimes d'écoulement en colonne à bulles et en conduite. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique. Des simulations ont été menées dans un système parallélépipédique, fermé au liquide, avec une injection de gaz ponctuelle. La prédiction de "grosses" structures en présence d'un panache gazeux est validée avec les travaux de Sokolichin & Eigenberger (1994). Nous retrouvons le rôle déterminant de la modélisation de la masse ajoutée. Nous avons simulé une colonne à bulle de section rectangulaire, fermée au liquide avec une injection de gaz uniforme, en testant différentes options de modélisation de la traînée et de la masse ajoutée. A ces simulations de l'hydrodynamique ont été couplés des traçages effectués sur une hydrodynamique instationnaire qui démontrent le rôle essentiel des "grosses" structures sur le mélange dans une colonne à bullesThe objective of this thesis is the numerical simulation of hydrodynamics and mixing in bubble columns. Experimentally, two different flow behaviours for bubble columns can be observed. In the homogeneous flow, the gas bubbles move upward uniformly. If the gas flow rate increases, the system becomes heterogeneous. This flow is characterised by the presence of large structures. These structures have an unsteady behaviour, and it is possible that they enhance the mixing in bubble columns. In the first part, the existence of large structures in bubble columns is explained by a stability analysis. An uniform bubbly flow is perturbed and the analysis of stability determines the conditions at which this perturbation is amplified. This analysis is based on two main approaches presented in the literature. A particular objective of this research was the synthesis of such approaches, taking into account the importance of bubble deformation in stability. The proposed approach was validated with experimental data of gas velocity and kinematic velocity at several liquid flow rates. In addition this approach allows to analyse the stability and to determine the transition between flow regimes in bubble columns and in pipe flows. The second point is devoted to the numerical simulation of bubble columns in unsteady flows. Simulations were performed for a rectangular system without liquid flow and with a punctual gas flow rate (Sokolichin & Eigenberger, 1994). The importance of the added mass force which is modelled as a function of the gas fraction and bubble deformation is determined. Finally, a simplified CFD model of bubble column has been constructed with a rectangular surface and an uniformly distributed gas feed at the bottom. The aim of such simulations was to test different models for the drag and added mass forces. Simulated tracer tests were carried out and the results confirmed the importance of the large structures in terms of the concentration transport
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Rakotoarivelo, Hoby. "Contributions au co-design de noyaux irréguliers sur architectures manycore : cas du remaillage anisotrope multi-échelle en mécanique des fluides numérique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLE012/document.
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La simulation numérique d'écoulements complexes telles que les turbulences ou la propagation d'ondes de choc implique un temps de calcul conséquent pour une précision industrielle acceptable. Pour accélérer ces simulations, deux recours peuvent être combinés : l'adaptation de maillages afin de réduire le nombre de points d'une part, et le parallélisme pour absorber la charge de calcul d'autre part. Néanmoins réaliser un portage efficient des noyaux adaptatifs sur des architectures massivement parallèles n'est pas triviale. Non seulement chaque tâche relative à un voisinage local du domaine doit être propagée, mais le fait de traiter une tâche peut générer d'autres tâches potentiellement conflictuelles. De plus, les tâches en question sont caractérisées par une faible intensité arithmétique ainsi qu'une faible réutilisation de données déjà accédées. Par ailleurs, l'avènement de nouveaux types de processeurs dans le paysage du calcul haute performance implique un certain nombre de contraintes algorithmiques. Dans un contexte de réduction de la consommation électrique, ils sont caractérisés par de multiples cores faiblement cadencés et une hiérarchie mémoire profonde impliquant un coût élevé et asymétrique des accès-mémoire. Ainsi maintenir un rendement optimal des cores implique d'exposer un parallélisme très fin et élevé d'une part, ainsi qu'un fort taux de réutilisation de données en cache d'autre part. Ainsi la vraie question est de savoir comment structurer ces noyaux data-driven et data-intensive de manière à respecter ces contraintes ?Dans ce travail, nous proposons une approche qui concilie les contraintes de localité et de convergence en termes d'erreur et qualité de mailles. Plus qu'une parallélisation, elle s'appuie une re-conception des noyaux guidée par les contraintes hardware en préservant leur précision. Plus précisément, nous proposons des noyaux locality-aware pour l'adaptation anisotrope de variétés différentielles triangulées, ainsi qu'une parallélisation lock-free et massivement multithread de noyaux irréguliers. Bien que complémentaires, ces deux axes proviennent de thèmes de recherche distinctes mêlant informatique et mathématiques appliquées. Ici, nous visons à montrer que nos stratégies proposées sont au niveau de l'état de l'art pour ces deux axesNumerical simulations of complex flows such as turbulence or shockwave propagation often require a huge computational time to achieve an industrial accuracy level. To speedup these simulations, two alternatives may be combined : mesh adaptation to reduce the number of required points on one hand, and parallel processing to absorb the computation workload on the other hand. However efficiently porting adaptive kernels on massively parallel architectures is far from being trivial. Indeed each task related to a local vicintiy need to be propagated, and it may induce new conflictual tasks though. Furthermore, these tasks are characterized by a low arithmetic intensity and a low reuse rate of already cached data. Besides, new kind of accelerators have arised in high performance computing landscape, involving a number of algorithmic constraints. In a context of electrical power consumption reduction, they are characterized by numerous underclocked cores and a deep hierarchy memory involving asymmetric expensive memory accesses. Therefore, kernels must expose a high degree of concurrency and high cached-data reuse rate to maintain an optimal core efficiency. The real issue is how to structure these data-driven and data-intensive kernels to match these constraints ?In this work, we provide an approach which conciliates both locality constraints and convergence in terms of mesh error and quality. More than a parallelization, it relies on redesign of kernels guided by hardware constraints while preserving accuracy. In fact, we devise a set of locality-aware kernels for anisotropic adaptation of triangulated differential manifold, as well as a lock-free and massively multithread parallelization of irregular kernels. Although being complementary, those axes come from distinct research themes mixing informatics and applied mathematics. Here, we aim to show that our devised schemes are as efficient as the state-of-the-art for both axes
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Maurel, Philippe. "Analyse et modélisation des courants et de la turbulence sous les vagues de vent". Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT007H.
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Dans la couche melangee de suface, les interactions qui se developpent sous les vagues de vent entre les vagues, les courants et la turbulence sont a l'origine du champ tridimensionnel du mouvement moyen (circulations de langmuir) et de niveaux de turbulence eleves. Une analyse originale des donnees experimentales de laboratoire (et de campagnes de terrain), a partir d'echelles de references pertinentes baties sur les mecanismes d'interactions mis en avant par craik & leibovich, permet de degager les traits caracteristiques de cet ecoulement : les niveaux d'energie cinetique turbulente et de taux de dissipation a l'interface sont directement controles par les parametres de vagues (effet du deferlement) et la distribution verticale de ces grandeurs turbulentes est modifiee par la presence d'ecoulements secondaires. Un modele, base sur les termes sources generateurs de vorticite qui relient le courant de stokes de la vague gradients de vitesse moyenne longitudinale et sur une fermeture de la turbulence au premier ordre, a ete mis en oeuvre. Il apparait a partir d'une etude de sensibilite de ce modele aux nombres adimensionnels qui le composent, que le fetch favorise l'intensification des circulations de langmuir. La confrontation du modele sur les donnees experimentales met l'accent sur la difficulte a analyser le comportement des mesures quand on n'a pas d'indications sur les vitesses verticales : cette absence d'informations pourait etre a l'origine des difficultes rencontrees par les gens de terrain pour trouver des echelles explicatives des taux de dissipations observes. On dispose ainsi d'un modele de predetermination de l'ecoulement sous les vagues de vent si les caracteristiques des vagues et du vent sont connues.
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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 complexitéThis 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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Daboussy, David. "Calculs 3D multi-fluides appliqués à la co-injection et à l'injection assistée gaz". Paris, ENSMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP1049.
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Dans cette étude sont développées des méthodes de simulation numérique tridimensionnelle de la phase de remplissage des procédés d'injection multi-matériaux et d'injection assistée gaz des polymères. De plus, une technique pour suivre des bulles de gaz dans un écoulement de fluide visqueux est présentée. Ces méthodes s'appuient sur un solveur des équations de Stokes et une résolution d'équation de transport dites de Taylor-Galerkin discontinue développés pour la simulation d'injection classique. Le premier appel à l'extension des équations de Stokes à toute la cavité du moule qui permet de résoudre un problème comportant des champs de vitesse et de pression communs au fluide et à la partie non remplie. Ici, la même technique a été enrichie et additionne dans un même système les contributions provenant de plusieurs fluides visqueux différents pour simuler l'injection simultanée deux polymères pour la co-injection, ou même de trois ou plus. Puis, une modélisation simple d'un gaz couplée à cette addition des contributions est appliquée à l'injection assistée gaz. Finalement, une technique originale de suivi de domaines par utilisation de la topologie de maillage est implémentée pour appréhender l'évolution de bulles de gaz ou d'air prisonnières dans l'écoulement lors des procédés d'injection.
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Gianfrancesco, Alessandro. "Séchage par atomisation : prorpiétés des collages des particules en relation avec l'agglomération". Paris, AgroParisTech, 2009. http://pastel.paristech.org/5602/01/2009AGPT0029.pdf.
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Les poudres alimentaires instantanées (lait, soupe, jus, café) sont habituellement produites par séchage par pulvérisation, suivi d’une étape ultérieure d’agglomération pour augmenter la taille des particules (de 50-100 μm à 250-500 μm) avec une distribution de taille étroite et une structure modifiée (porosité), pour améliorer la manutention et les propriétés instantanées (mouillabilité, dispersibilité, solubilité). L’agglomération est réalisée dans un lit fluidisé intérieur ou extérieur à la chambre de séchage, ou par réinsertion des fines (sèches) dans la chambre. L’agglomération de particules passe par les contacts et l’adhésion entre particules pour créer des liaisons entre elles. Les propriétés collantes de la surface d’une particule dépendent de la présence de constituants capables de développer un comportement collant. Pour les polysaccharides le collage est lié à la transition vitreuse, en relation avec la teneur en eau, l’activité de l’eau et la température, paramètres représentatifs du séchage. Une méthode est développée pour relier l’évolution des propriétés de l’air de séchage au séchage des particules dans la chambre. Les mesures de la température de l’air et de son humidité relative ont permis de calculer l’évolution de la teneur en eau des gouttes dans la chambre, et d’en déduire des conditions opératoires et positions où les particules seraient collantes. Des solutions aqueuses de produits modèles (collants) (maltodextrine DE12 et DE21) ont été séchées dans un séchoir pilote en co-courant, avec turbine de pulvérisation. L’effet de différents paramètres ont été étudiés : le débit liquide (1 à 3,2 kg. H-1 d’eau évaporée), la température d’entrée de l’air (144 à 200°C), le débit d’air (80 – 110 kg. H-1) et la vitesse de rotation de la turbine (22500 à 30000 rpm). Les particules de maltodextrine DE12 sont rapidement séchées en dessous de la température de transition vitreuse, et le collage est envisagé seulement près de l’atomiseur. La maltodextrine DE21 montre un comportement collant dans une large partie de la chambre, dû à de plus faibles températures de transition vitreuse, en particulier pour des forts débits de liquide et des faibles températures de l’air de séchage. La mécanique des fluides numérique (CFD) est aussi utilisée pour simuler le séchage de solutions, et pour prédire l’existence de conditions collantes. Ces conditions ont été testées et validées par des essais d’agglomération réalisés en introduisant de la poudre à différents endroits dans la chambre. Enfin, cette approche expérimentale basée sur la mesure des propriétés de l’air a été appliquée pour interpréter le comportement au séchage d’un produit différent (hydrolysat de protéines) dans un séchoir pilote à plus grande échelle, équipé d’un retour de fines et d’un lit fluidisé interne.
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Moet, Henri. "Simulation numérique du comportement des tourbillons de sillage dans l'atmosphère". Toulouse, INPT, 2003. http://www.theses.fr/2003INPT007H.
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Le sillage d'un avion est composé de tourbillons intenses. La durée de vie de ces tourbillons dépend des conditions atmosphériques et peut être de l'ordre de plusieurs minutes. Ils peuvent constituer un danger considérable pour un avion pénétrant dans ce sillage et leur action peut se traduire par un fort mouvement de roulis ou descendant. Le but de ce travail est d'étudier les effets des conditions atmosphériques sur le comportement des tourbillons de sillage par la simulation numérique. Dans le champ proche étendu nous avons simulé le phénomène de la fusion instable due au développement de l'instabilité elliptique en étudiant la robustesse de ce phénomène sous l'effet de la turbulence ambiante. L'effet de la turbulence ambiante à également été étudié dans le champ lointain. Ceci a été réalisé en considérant différentes configurations de vortex et une étude paramétrique a identifié les paramètres pertinents qui gouvernent la dégénérescence du sillage due à la turbulence. Ces résultats ont été utilisés pour définir un modèle préliminaire de dégénérescence pour des tourbillons affectés par la turbulence. Une étude de la propagation d'onde dans des tourbillons représentatifs du sillage lointain a montré l'apparition de l'instabilité hélicoi͏̈dale et du phénomène de 'vortex bursting'. Pour atteindre ce but, des configurations simples et plus réalistes (correspondant au sillage d'un avion de transport) ont été considérées. D'autres simulations ont été faites pour étudier l'effet de la stratification stable sur les tourbillons de sillage dans le champ lointain [. . . ]
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Chetboun, Jonathan. "Conception de formes aérodynamiques en présence d'écoulements décollés : contrôle et optimisation". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00550726.
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L'objet de la thèse est le développement de méthodes de contrôle et d'optimisation automatiques pour les écoulements décollés, avec application aux écoulements de manches à air coudées pour les drones furtifs. Une méthode de dérivée topologique est utilisée pour la création de dispositifs de contrôle appelés générateurs de vortex mécaniques dans un écoulement de référence, tandis que le dimensionnement de ceux-ci est réalisé à l'aide d'une méthode classique de gradient. Des simulations numériques seront présentées dans un cadre stationnaire et instationnaire.
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Proust, Sébastien. "Ecoulements non-uniformes en lits composés : effets de variations de la largeur du lit majeur". Lyon, INSA, 2005. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0083/these.pdf.
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La modélisation des inondations se heurte à plusieurs difficultés dès lors qu'interviennent des débordements de l'écoulement du lit mineur dans les lits majeurs contigus. Les écoulements " en lit composé " sont alors caractérisés par une interaction turbulente entre l'écoulement du lit mineur et celui du lit majeur, mais aussi par des transferts de masse entre lits lorsque la largeur du lit majeur varie. La thèse s'intéresse aux modélisations expérimentale et numérique de ces écoulements non-uniformes. De nouvelles configurations sont explorées : convergence brusque ou divergence linéaire de la plaine d'inondation, épi type " remblai routier " dans le lit majeur. En plus de simulations numériques 1D et 2D conventionnelles, une nouvelle modélisation est présentée : nommée " Méthode 1D par lit ", elle individualise la dynamique de l'écoulement dans chacun des lits et donne des résultats satisfaisants en terme de niveau d'eau et de débit dans le lit majeur, dans huit géométries testéesFlooding rivers usually present transition reaches where the floodplain width can significantly vary. The present work focuses on both physical and numerical modeling of over bank flows in such configurations. A particular attention is paid to flows in the flood plain. These flows are characterized by turbulent exchanges due to the velocity gradient between flows in the main channel and the floodplain, and by severe mass transfer and associated momentum exchange between the subsections. New experiments are carried out in non-prismatic compound channel flumes: flows in abrupt contraction of the flood plain, enlarging flood plains, flow in the vicinity of groynes. In addition to conventional 1D and 2D simulations, a new modeling is presented: it is called “1D Per Subsection Method” and separates the dynamic equations in each bed. The simulations of both water depth and discharge rate in the floodplain are in good agreement with experimental data, for eight tested geometries
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Berton, Gäelle. "Modélisations multi-échelles de structures et d'écoulements engendrés à petits nombres de Reynolds en amont et en aval de milieux poreux fibreux". Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2305.
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Des simulations numeriques d'ecoulements de fluides newtoniens incompressibles en regime permanent sont realisees par une methode d'elements finis en presence de milieux poreux de type fibreux. La resolution associe les equations de navier-stokes et la loi de darcy pour plusieurs conditions de frontieres. Suivant les cas, le milieu poreux est homogene, heterogene, ou constitue de bandes poreuses paralleles representant des espacements entre fils ou des endommagements accidentels. L'analyse du champ des vitesses permet de mettre en evidence l'influence du milieu fibreux sur l'ecoulement et son evolution suivant les changements des parametres hydrauliques (permeabilite) et structuraux tels que le nombre de fentes, la porosite d'ouverture. . . L'etude des variations du champ des pressions permet d'evaluer les pertes de pressions occasionnees par la presence du milieu poreux selon ses differentes configurations. A partir du champ des contraintes, la detection de zones de contraintes particulieres comme les zones de cisaillement pur et d'elongation pure, est un moyen pour determiner le comportement de particules deformables chargeant le fluide. Dans le cas de structures fibreuses non tissees, la methode des boites a permis d'identifier pour certaines leur nature fractale. De nouveaux modeles de reseaux de droites sont proposes. Leur construction est soit reguliere, soit fractale, soit de type aleatoire. La determination des parametres hydrauliques de ces modeles permet de les reinjecter dans la simulation numerique decrite ci-dessus.
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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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Bouhadji, Abdelatif. "Analyse physique par simulation numérique de phénomènes de transition bi- et tridimensionnels dans l'écoulement compressible, visqueux autour d'une aile d'avion". Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT026H.
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Le but de cette thèse est d'analyser, par simulation numérique des équations de Navier-Stokes, des écoulements autour d'un profil d'aile et d'aile, d'un fluide visqueux dans des régimes principalement transsoniques instationnaires. Pour des nombres de Mach compris entre 0. 2 et 0. 98 et un nombre de Reynolds fixe à 10 puissance 4, des étapes de changements successifs ont pu être identifiées. L'écoulement passe d'un état stationnaire et symétrique vers un état instationnaire en développant une instabilité de type Von Kàrmàn et une instabilité de basse fréquence. Pour des nombres de Mach suffisamment importants, de fortes interactions choc-vortex sont mises en évidence. Parallèlement a cette étude, l'influence du nombre de Reynolds dans la gamme (500-10 puissance 4) pour un nombre de Mach égal a 0. 85 est quantifiée. L'écoulement reste stationnaire jusqu'au nombre de Reynolds égal a 2200. Au-delà, une instabilité de type Von Kàrmàn est présente. En dernière partie, l'étude d'un écoulement transsonique autour d'une aile d'envergure infinie, est effectuée. L'analyse de cet écoulement fournit la naissance de fluctuations de la troisième composante de vitesse w le long de l'envergure, conduisant ainsi, a la perte du caractère bidimensionnel et a la formation de structures tourbillonnaires longitudinales. Les fluctuations de w montrent clairement la présence d'une instabilité secondaire inhérente au caractère tridimensionnel de l'écoulement.
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Comas-Cardona, Sébastien. "Modélisation, simulation et contrôle du couplage hydro-mécanique pour le moulage de composites". Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/3efa882a-9b13-4d8c-9093-5fb158ec4af4.
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L'intérêt pour les matériaux composites s'est confirmé au cours des dernières années. La réduction des temps de cycle en moulage LCM (Liquid Composite Molding) passe par l'augmentation du débit ou de la pression de la résine sans déplacer et déformer les renforts, inserts et âmes dans la cavité du moule pour garantir la qualité et les performances des pièces. La complexité des phénomènes associés nécessite de recourir à la simulation numérique. Un modèle de comportement des renforts fibreux secs et imprégnés en compression est proposé ainsi qu'une méthode d'identification des paramètres. Une méthodologie basée sur des compressions de renforts imprégnés permet d'extraire les valeurs de perméabilités planes et transverses d'un renfort. Un exemple de couplage hydro-mécahique est simulé avec une méthode numérique sans maillage. Enfin une composante technologique est proposée en vue d'améliorer la fabrication grâce à un lien matériau/machine d'injection/outillage permanent.
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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 étudiéesThis 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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Zaïdi, Hanane. "Contribution à l’étude des écoulements tourbillonnaires en biomécanique du geste sportif". Reims, 2008. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000785.pdf.
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Ce travail concerne l’étude des écoulements hydrodynamiques turbulents en natation humaine pendant les phases submergées de coulée et de retour après un virage. Son objectif est de tester différentes positions de nage afin d’améliorer la performance hydrodynamique des nageurs de haut niveau. Plus précisément, l’effet de la position de la tête sur la résistance à l’avancement rencontrée par les nageurs a été analysé de manière fine. Des simulations numériques par CFD ont été effectuées dans les cas 2D et 3D. Trois positions de la tête du nageur ont été étudiées dans le cas 2D : relevée, alignée et baissée par rapport à l’axe supposé rectiligne du corps du nageur. Les résultats montrent qu’une position "alignée" offre moins de résistance par comparaison aux positions "relevée" et "baissée". L’effet du choix du modèle de turbulence a aussi été étudié dans les cas 2D et 3D. La comparaison des résultats numériques obtenus avec ceux issus d’expériences réalisées à l’INSEP avec des nageurs de l’équipe de France de natation montre que le modèle de turbulence k-ω standard est le modèle étudié le mieux adapté pour retrouver les structures tourbillonnaires se développant autour du corps du nageur et pour prédire les forces de résistances opposées par le fluide. Ce travail est complété par une étude thermique. Une partie expérimentale, visant à mettre en parallèle la dépense énergétique des nageurs et leur température cutanée après effort en utilisant la thermographie infrarouge, a permis de montrer des variations significatives de la distribution de la température cutanée selon le type de nage. Enfin, une étude numérique de l’influence du gradient thermique entre l’eau du bassin et de la température cutanée du nageur montre qu’une diminution de l’ordre de 1,2% sur la traînée totale est possible en augmentant la température de l’eau de 20°C à 30°CThis work focusses on the study of the turbulent hydrodynamic flows in human swimming during the submerged phases: after the start dive and after a turn. Its objective is to test various swimming positions in order to improve the hydrodynamic performance of high-level swimmers. More precisely, the study of the effect of the head position on the resisting drag force met by the swimmers was analyzed in a fine way. 2D and 3D CFD simulations were carried out. Three positions of the swimmer’s head were studied in the 2D case: raised, aligned and lowered with respect to the presumed rectilinear axis of the swimmer’s body. The results show that a position of the head "aligned" offers less resistance by comparison to the "raised" and "lowered" positions. The effect of the choice of the turbulence model was also studied in the 2D and 3D cases. The comparison of the numerical results obtained with results from experiments carried out at INSEP with high-level swimmers of the French swimming team shows that the standard k-ω turbulence model is the most appropriate tested model to find the vortical structures which develop around the body of the swimmer and to predict the drag forces opposed by the fluid. This work is supplemented by a thermal study. An experimental part, aiming at drawing a parallel between the energy expenditure of the swimmers and their cutaneous temperature after effort by using infrared thermography, made it possible to show significant variations of the distribution of the cutaneous temperature according to the swimming style. Finally, a numerical study of the influence of the thermal gradient between the water of the pool and the cutaneous temperature of the swimmer shows that a reduction of about 1. 2 % on the total drag force is possible by increasing the temperature of the water from 20°C to 30°C
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Mustapha, Hussein. "Simulation numérique de l'écoulement dans des milieux fracturés tridimensionnels". Rennes 1, 2005. http://www.theses.fr/2005REN1S166.
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La simulation numérique est un outil essentiel pour le développement technologique de disciplines très variées comme la mécanique des fluides et la géologie. Ce travail a pour objectif de développer des outils efficaces et précis pour résoudre les équations régissant les écoulements et les transferts de masse en milieux fracturés tridimensionnels très hétérogènes. L'hétérogénéité des milieux fracturés est multi-échelles et la géométrie des réseaux de fractures est complexe. Dans la première partie, nous avons simplifié les configurations pénalisantes dans les réseaux de fractures et nous avons maillé des réseaux très complexes avec des maillages de bonne qualité. Dans la deuxième partie, nous avons validé notre solution approchée et analysé la précision de notre méthode. Dans la troisième partie, nous avons parallélisé notre code et calculé la solution dans des réseaux de grandes tailles, aidant à la recherche des lois d'échelles.