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Dissertations / Theses on the topic 'Écoulement diphasique – Méthodes graphiques'
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Salim, Abdelkader. "Ecoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-liquide dans les microcanaux : Apport de l'analyse d'image." Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN10006.
Full textAbstract:
Cette étude est divisée en deux parties: la première est consacrée à une nouvelle méthode permettant de déterminer l'angle de contact air-liquide-solide ou liquide-liquide-solide. Les valeurs d'angles obtenues par le microscope confocal à balayage laser (CSLM) à partir du modèle en 3D de la goutte montrent un bon accord avec les valeurs qu'on obtient à partir de la méthode conventionnelle du goniomètre. La modélisation géométrique en 3D de la goutte obtenue à partir des images CSLM a permis d'étudier la distribution locale des angles de contact autour de la goutte, et donc de détecter une hétérogénéité locale d'une surface plane solide. La deuxième partie est consacrée à une étude expérimentale des écoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-liquide dans des microcanaux horizontaux. Pour chaque couple de fluides, les pertes de pression ont été mesurées et les configurations d'écoulements ont été identifiées pour une large gamme de nombres de Reynolds. Les cartographies d'écoulements ont été réalisées et comparées avec celles de la littérature. Pour les écoulements liquide-gaz, cette étude a montré l'effet des propriétés physiques des fluides sur les configurations d'écoulements et donc sur les pertes de pression. Pour les écoulements liquide-liquide, les expériences ont été réalisées dans deux cas de figure : microcanaux initialement saturés en huile et microcanaux initialement saturés en eau. Dans la gamme des débits étudiée, on observe une différence de configurations d'écoulements et donc de pertes de pression entre les deux séries d'expériences. Pour les deux systèmes liquide-gaz et liquide-liquide, les résultats expérimentaux sont interprétés au moyen du modèle homogène et de l'approche de Lockhart-MartinelliThis study is divided in two parts: the first one presents a new technique to quantify contact angle and then the wettability. This technique uses a confocal laser scanning microscope (CSLM) and allows to record series of 2-D images of a fluorescent liquid droplets set on various solids surfaces. The building of 3-D images is done with the summation of several images acquired with a regular step along the CSLM z-axis. The results obtained are similar to those obtained with a conventional goniometric technique for different air-liquid-solid systems. The CSLM images shows that drops are characterized by complex morphologies and that the local contact angles can be modified by chemical heterogeneities in the fluids. The second part is mainly an experimental study which deals with liquid-gas and liquid-liquid flows in horizontal microchannels. For each system, the pressures drops are measured and the flow regime maps are realised and compared with those presented in the literature. In the case of liquid-gas flows, the fluid properties have a great impact on the pressure drops and flow patterns. For liquid-liquid flows, two types of experiments are studied: microchannels initially saturated with oil and microchannels initially saturated with water. In the range of the Reynolds numbers considered, a difference in the pressure drops and the flow patterns are observed. The experimental results are interpreted with the homogeneous model and the Lockhart-Martinelli approach
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Seleghim, junior Paulo. "Caractérisation des changements de configuration d’un écoulement diphasique horizontal par l’application de méthodes d’analyse temps-fréquence." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0036.
Full textAbstract:
Ce travail concerne le developpement d'une methodologie destinee a caracteriser et diagnostiquer les transitions de regime d'un ecoulement diphasique. La demarche repose sur l'hypothese fondamentale qu'un ecoulement de transition est moins stationnaire qu'un ecoulement dont le regime est etabli. Dans un premier temps, les efforts ont plus specifiquement concerne: a) la conception et la construction d'un circuit experimental permettant de reproduire de maniere stable et maitrisee les principales configurations d'un ecoulement eau-air horizontal, b) la conception et la construction d'une sonde conductimetrique destinee a fournir une information imagee de la repartition geometrique des phases dans un troncon de conduite et c) l'etude systematique des methodes d'analyse conjointe temps-frequence et temps-echelle, qui a permis de definir un parametre adequat de quantification du degre d'instationnarite. Dans un deuxieme temps et afin de verifier l'hypothese fondamentale, une campagne experimentale a ete menee, dans le but d'exhiber la correlation entre instationnarite et changement de regime. Le degre d'instationnarite a ete quantifie en calculant la covariance temps-frequence de la transformee de gabor des signaux delivres par la sonde a impedance. Par ailleurs, la phenomenologie de chaque transition a pu etre caracterisee grace aux moments et a l'entropie conjoints. Les resultats montrent clairement que les changements de configuration d'ecoulement sont associes a des maxima locaux de la covariance, ce qui demontre que ces changements se caracterisent par une perte de stationnarite. La covariance temps-frequence constitue donc un indicateur objectif de transition de regime d'un ecoulement diphasique
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Nussbaum, Julien. "Modélisation et simulation numérique d'un écoulement diphasique de la balistique intérieure." Phd thesis, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00190008.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de modéliser puis de simuler des problèmes de balistique intérieure. Nous étudions deux modèles diphasiques différents: le modèle de Gough répandu dans la littérature balistique et un modèle de relaxation. Ces modèles ont des propriétés mathématiques différentes mais ont en commun qu'ils sont conditionnellement hyperboliques et non conservatifs. Nous proposons une méthode numérique pour résoudre les systèmes d'équations associés en trois dimensions d'espace. Une attention particulière est portée sur les termes sources et en particulier sur le critère d'allumage et le modèle de combustion à basse pression.
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Mahamane, Amadou. "Analyse et estimation d’erreur en volumes finis. Application aux écoulements en milieu poreux et à l’adaptation de maillage." Paris 13, 2009. http://www.theses.fr/2009PA132008.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous nous intéressons dans une première partie à la simulation numérique d'un écoulement diphasique en milieu poreux par une méthode de volumes finis adaptatifs. La modélisation proposée par G. CHAVENT, conduisant au couplage d'une famille d'équations elliptiques en pression, et d'une équation de convection-diffusion non linéaire en saturation a été retenue. Nous discrétisons la convection par décentrement et la diffusion par le schéma VFdiamant. Nous montrons la L puissance infinie - stabilité du schéma de discrétisation obtenu dans des cas simples. Nous implémentons ce schéma à l'aide des cas tests académiques sur des maillages non structurés adaptatifs; les résultats obtenus reproduisent ceux de la littérature. La seconde partie de ce travail est consacré à l'étude de certains schémas volumes finis dédiés à l'approximation des opérateurs de diffusion. En particulier, nous considérons les schémas : VFdiamant, DDFV développé par P. Omnes et K. Domelevo, VFmixte dû à J. Droniou et à R. Eymard et CVFE développé par B. Amaziane et M. Afif. Ainsi, l'analyse du schéma VFmixte dans le cadre de l'approximation d'une équation de convection-diffusion-réaction a montré la convergence forte de la solution numériques dans L puissance Q (oméga) pour tout q < 2d /(d-2) et la convergence faible du gradient discret dans L puissance carré (oméga)puissance d ; oméga étant un ouvert de IRexposant d, d=2,3. Une analyse d'erreur a posteriori a également été menée, aussi bien pour le schéma DDFV que pour le schéma VFmixte, dans le cas d'une équation de diffusion. L'implémentation des indicateurs d'erreur pour DDFV a montré leur pertinence en termes de localisation de l'erreur. Nous menons enfin une étude numérique comparative des schémas CVFE, DDFV et VFdiamant dans le cadre de l'approximation de l'équation de la chaleurThe First part of this thesis is devoted to the numerical simulation of two-phase flow in porous media and this has been done by an adaptative finite volume method. Using the global pressure approach proposed by G. Chavent this phenomenon is modeled by a set of elliptic equations in pressure coupled to a convection-diffusion equation in saturation. We use an upwind scheme to discretize a convection part and we approximate the diffusion part using the diamond scheme (VFdiamant). We prove the - stability of this discretization scheme in the pure convection case as well as in the pure diffusion case. The results obtained for some academic test cases on unstructured adaptive two-dimensional grids, are very similar to those contained in the literature. In the second part of the thesis, we study some finite volume schemes devoted to discretization of diffusion operators. Namely, we consider the following schemes: VFdiamant, DDFV developed by P. Omnes and K. Domelevo, VFmixte by J. Droniou and R. Eymard and CVFE developed by B. Amaziane and M. Afif. Thus, the convergence analysis of VFmixte applied to convection-diffusion-reaction equation has been conducted. It has shown the strong convergence of the numerical solution [. . . ] for all and the weak convergence of the discrete gradient [. . . ]. An a posteriori error analysis has also been conducted, for both DDFV and VFmixte, in the case of a diffusion equation. The implementation of error indicators for DDFV shows their efficiency in terms of localization of error. This study has been concluded by a numerical comparison of CVFE, DDFV and VFdiamant applied to theapproximate heat equation
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Latard, Véronique. "Méthodes de visualisation par gradient d'indice en mécanique des milieux non homogènes : application à la diffusion acoustique et aux écoulements diphasiques." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/55376-1998-5.pdf.
Full text
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Faccanoni, Gloria. "Etude d'un modèle fin de changement de phase liquide-vapeur : contribution à l'étude de la crise d'ébullition." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2008. http://www.theses.fr/2008EPXX0042.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie la modélisation et la simulation numérique d'écoulements diphasiques à interfaces avec changement de phase. Cette transition est localisée en des interfaces qui sont produites dynamiquement. On prend également en compte la diffusion de la chaleur, la tension de surface et les forces de gravité. L'application envisagée est la simulation d'écoulements dans un réacteur à eau pressurisée dans l'industrie nucléaire civile. On s'intéresse ici plus précisément à un éventuel fonctionnement accidentel et en particulier au phénomène de la crise d'ébullition. On modélise les écoulements diphasiques avec changement de phase par un modèle basé sur le système des équations d'Euler fermé par une seule équation d'état obtenue en postulant un équilibre instantané et local des pressions, températures et potentiels chimiques de chaque phase. On en étudie ensuite l'hyperbolicité et le problème de Riemann qui lui est associé. Du point de vue numérique, puisqu'il n'y a pas d'expression analytique pour la loi à l'équilibre dans le cas général, on propose une méthode simple pour approcher cette loi d'état lorsque les propriétés des deux phases sont décrites par des lois très générales, éventuellement sous forme tabulée. Enfin, pour simuler des écoulements diphasiques avec changement de phase, on présente un schéma numérique de type relaxation/projection pour lequel la phase de projection utilise cette approximation de l'équilibre thermodynamique.
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Cancès, Clément. "Ecoulements diphasiques en milieux poreux hétérogènes : modélisation et analyse." Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11016.
Full textAbstract:
On s’int´eresse `a l’´ecoulement d’un m´elange d’eau et d’huile dans une matrice poreuse suppos´ee h´et´erog`ene, et plus particuli`erement apposition de diff´erentes sous-matrices poreuses suppos´ees homog`enes. Si la mod´elisation et l’analyse des ´ecoulements diphasiques dans des milieux poreux homog`enes a fait l’objet de nombreuses ´etudes pr´ealables, ce travail s’int´eresse aux ph´enom`enes li´es aux forces provenant de la pression capillaire au niveau des interfaces entre des milieux diff´erents. Dans un premier temps, on suppose que l’on peut connecter les pressions au niveau des interfaces. Cela n´ecessite des hypoth`eses sur les profils de pression capillaire, afin que les raccords soient possibles. On d´emontre l’existence d’une solution faible du probl`eme parabolique d´eg´en´er´e obtenu par convergence d’une famille de solutions approch´ees obtenues `a l’aide d’un sch´ema Volumes Finis. L’unicit´e est garantie, sous hypoth`ese sur les d´eg´en´erescence, par une m´ethode de d´edoublement de variable aboutissant `a un principe de contraction L1. La mod´elisation ne garantit pas forc´ement que le raccord des pressions capillaires aux interfaces soit possible. Dans le chapitre 3, on donne une condition de raccord graphique des pressions capillaires aux interfaces qui permet de traiter des cas beaucoup plus g´en´eraux. On montre que de le probl`eme avec raccords graphiques admet une solution. Un r´esultat d’unicit´e et de contraction L1 est donn´e dans le cas unidimensionnel. Dans le chapitre 4, on montre la convergence d’une approximation Volumes Finis vers l’unique solution du probl`eme unidimensionnel. Ce r´esultat utilise une borne uniforme sur les flux discrets, analogie discr`ete de la preuve dans le cas continue faite au chapitre pr´ec´edent. On ´etudie dans les chapitres 5 et 6 la limite des solutions lorsque la d´ependance de la pression capillaire par rapport `a l’inconnue saturation devient tr`es faible, et que la pression capillaire ne d´epend plus que du sous milieux poreux homog`ene. Il apparaˆıt alors des ph´enom`enes diff´erents selon l’orientation des forces de gravit´e et de capillarit´e. Soit la solution du probl`eme est la solution entropique d’une ´equation hyperbolique `a flux discontinus, soit une solution faible, entropique `a l’int´erieur des sous-domaines homog`enes, et laissant apparaˆıtre un choc non classique `a l’interface.
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Kalaydjian, François. "Couplages entre phases fluides dans les écoulements diaphasiques en milieu poreux." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10567.
Full textAbstract:
Etude théorique par une technique de prise de moyenne et par l'utilisation de la thermodynamique irréversible de l'écoulement de deux phases non-miscibles, incompressibles en milieu poreux. Etude quantitative des termes non diagonaux d'une matrice des perméabilites relatives traduisant le couplage entre les vitesses de chaque phase fluide. Modélisation de l'écoulement dans un pore par l'écoulement diphasique dans un capillaire de section carrée. Application a un cas concret montrant qu'à l'échelle macroscopique, les termes de couplage ne sont pas negligeables
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Nmira, Fatiha. "Modélisation et simulation numérique de l'interaction entre un feu et un brouillard d'eau." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11047.
Full textAbstract:
Un modèle eulérien-eulérien permettant de décrire l’écoulement diphasique résultant de l’interaction entre un brouillard d’eau polydisperse et un feu de matière thermoplastique est developpé. La phase dispersée est décrite par la méthode des moments de la fonction de distribution en taille des gouttes qui permet de capturer la nature polydisperse du brouillard sans avoir recours à la différenciation par classes de taille. Appliqué à deux configurations, ce modèle a permis d’étudier l’influence des principales caractéristiques d’un brouillard d’eau sur l’atténuation et l’extinction du feu, consécutive à un arrêt de la pyrolyse du matériau solide. Dans la première configuration, axisymétrique, les résultats montrent l’importance de la polydispersité du brouillard d’eau sur le temps d’extinction. Les conditions optimales d’extinction, en termes de rayon moyen de Sauter et de débit d’aspersion sont déterminées. La seconde configuration, tridimensionnelle, est relative à la lutte d’un feu dans un tunnel ventilé. L’efficacité du brouillard est principalement conditionnée par la dynamique des gouttes. L’interaction feu/brouillard est caractérisée par une transition rapide vers un état stationnaire, l’extinction ne pouvant se produire que durant cette phase transitoire avec des débits d’aspersion élevés. Si l’extinction n’a pas lieu, l’atténuation du feu met en évidence un comportement asymptotique à l’état stationnaire lorsqu’on augmente le débit d’eau injectéAn Eulerian-Eulerian two-model is developed to describe the interactions between a thermoplastic fire and a polydisperse spray. The dispersed phase is described by the droplet size moment method which is able to capture the polydisperse nature of the spray flow without segregation into droplet size classes. Applied to two configurations, this model is used to study the influence that the main characteristics of the water spray have on the fire mitigation and/or extinction, due to a cessation of the pyrolysis process. In the first configuration, axisymmetric, model results reveal the role of the spray polydispersity on the time for extinguishment. Optimum spray characteristics such as the Sauter mean radius and water flow rate are then determined. The second configuration is three-dimensional and concerns the mitigation of a ventilated tunnel fire with water mist. The results show that the spray efficiency is mainly related to the droplet dynamics and that extinction occurs during the transient phase of the fire/water spray interaction at high water flow rate. This transient phase is then followed by a steady state where fire mitigation exhibits an asymptotic behavior with increasing water flow rate
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Saleh, Khaled. "Analyse et simulation numérique par relaxation d'écoulements diphasiques compressibles : contribution au traitement des phases évanescentes." Paris 6, 2012. https://theses.hal.science/tel-00761099.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse au modèle diphasique de Baer-Nunziato. L'objectif de ce travail est de proposer quelques techniques de prise en compte de la disparition de phase, régime occasionnant d'importantes instabilités au niveau du modèle et de sa simulation numérique. Par des méthodes d'analyse et de simulation reposant sur les techniques d'approximation par relaxation à la Suliciu, on montre que dans ces régimes, on peut stabiliser les solutions en introduisant une dissipation de l'entropie totale de mélange. Dans une première approche dite approche Eulerienne directe, la résolution exacte du problème de Riemann pour le système relaxé permet de définir un schéma entropique extrêmement précis, et qui se révèle bien plus économique en terme de coût CPU (à précision donnée) que le schéma classique très simple de Rusanov. De plus, nous montrons que ce schéma permet de simuler avec robustesse des régimes de disparition de phase. Le schéma est développé en 1D puis étendu en 3D et intégré à un prototype de code industriel développé par EDF. La deuxième approche, dite approche par splitting acoustique, propose une séparation des ondes acoustiques rapides et des ondes de transport lentes. L'objectif est d'éviter la résonance due à l'interaction entre ces deux types d'ondes, et de permettre à long terme un traitement implicite de l'acoustique, et explicite du transport. Le schéma, très simple, permet la prise en compte simple de la disparition de phase. La nouveauté est ici l'exploitation de fermetures dissipatives nouvelles du couple vitesse et pression d'interface, qui permettent le contrôle des solutions du problème de Riemann associé à l'étape acoustiqueThis thesis deals with the Baer-Nunziato two-phase flow model. The main objective of this work is to propose some techniques to cope with phase vanishing regimes which produce important instabilities in the model and its numerical simulations. Through analysis and simulation methods using Suliciu relaxation approximations, we prove that in these regimes, the solutions can be stabilised by introducing some extra dissipation of the total mixture entropy. In a first approach, called the Eulerian approach, the exact resolution of the relaxation Riemann problem provides an accurate entropy-satisfying numerical scheme, which turns out to be much more efficient in terms of CPU-cost than the classical and very simple Rusanov's scheme. Moreover, the scheme is proved to handle the vanishing phase regimes with great stability. The scheme, first developed in 1D, is then extended in 3D and implemented in an industrial code developed by EDF. The second approach, called the acoustic splitting approach, considers a separation of fast acoustic waves from slow material waves. The objective is to avoid the resonance due to the interaction between these two types of waves, and to allow an implicit treatment of the acoustics, while material waves are explicitly discretized. The resulting scheme is very simple and allows to deal simply with phase vanishing. The originality of this work is to use new dissipative closure laws for the interfacial velocity and pressure, in order to control the solutions of the Riemann problem associated with the acoustic step, in the phase vanishing regimes
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Labois, Mathieu. "Modélisation des déséquilibres mécaniques dans les écoulements diphasiques : approches par relaxation et par modèle réduit." Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11039.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'utilisation de modèles hyperboliques pour la simulation des écoulements diphasiques compressibles, pour trouver des alternatives au modèle bifluide classique. Nous établissons tout d'abord une hiérarchie des modèles diphasiques, obtenue selon des hypothèses d'équilibres des variables physiques entre chaque phase. L'utilisation de développements de Chapman-Enskog permet de relier entre eux les différents modèles existants. De plus, des modèles prenant en compte de petits déséquilibres physiques sont obtenus par des développements à l'ordre un. La deuxième partie de cette thèse porte sur la simulation des écoulements caractérisés par des déséquilibres de vitesses et des équilibres de pression, que nous modélisons de deux manières différentes. Tout d'abord, un modèle à deux vitesses et deux pressions est utilisé, avec l'application de relaxations des vitesses et pressions à temps finis afin d'obtenir un retour à l'équilibre de ces grandeurs. On propose ensuite un nouveau modèle dissipatif à une vitesse et une pression, où l'apparition de termes du second ordre permet de prendre en compte les déséquilibres de vitesse entre les phases. Une méthode numérique basée sur une approche par pas fractionnaires est développée pour ce modèleThis thesis deals with hyperbolic models for the simulation of compressible two-phase flows, to find alternatives to the classical bifluid model. We first establish a hierarchy of two-phase flow models, obtained according to equilibrium hypothesis between the physical variables of each phase. The use of Chapman-Enskog expansions enables us to link the different existing models to each other. Moreover, models that take into account small physical unbalances are obtained by means of expansion to the order one. The second part of this thesis focuses on the simulation of flows featuring velocity unbalances and pressure balances, in two different ways. First, a two-velocity two-pressure model is used, where non-instantaneous velocity and pressure relaxations are applied so that a balancing of these variables is obtained. A new one-velocity one-pressure dissipative model is then proposed, where the arising of second-order terms enables us to take into account unbalances between the phase velocities. We develop a numerical method based on a fractional step approach for this model
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Benabdallah, Moulay. "Simulation lagrangienne du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite." Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10329.
Full textAbstract:
Dans un premier temps, une technique de simulation lagrangienne one-way a été mise en œuvre pour la prédiction du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite. Cette simulation permet de calculer la température d'une particule le long de sa trajectoire, en tenant compte de l'échange de chaleur par conduction lors des collisions particule-particule et particule-paroi. Le transfert de chaleur par convection entre le gaz et la paroi ainsi qu'entre les particules et le gaz est pris en compte en supposant que le profil de température du gaz est uniforme dans une section de la conduite, et que le coefficient d'échange entre le gaz et la paroi n'est pas modifié par la présence des particules. Cette simulation one-way aboutit, lorsque l'écoulement est thermiquement établi, à un nombre de Nusselt de la suspension toujours inférieur ou égal à celui du gaz pur. De plus, le caractère négligeable du transfert de chaleur par collisions a été confirmé. Par ailleurs, une simulation eulérienne-lagrangienne two-way a été utilisée, et appliquée au cas des écoulements en conduite verticale et horizontale avec un flux de chaleur imposé à la paroi. Des résultats concernant le nombre de Nusselt de la suspension sont donnés pour différents taux de chargement, nombres de Reynolds de l'écoulement gazeux, et diamètres de la conduite. On a pu observer que les prédictions de la simulation sont plus conformes aux résultats expérimentaux avec cette méthode two-way
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Verdière, Sophie. "Méthodes numériques de double maillage pour la simulation d'écoulements polyphasiques dans les milieux poreux." Pau, 1997. http://www.theses.fr/1997PAUU3004.
Full textAbstract:
Les réservoirs pétroliers sont constitués de roches fortement hétérogènes. Les modèles géologiques ainsi générés utilisent un nombre très important d'éléments ou mailles. Pour des raisons de coût de calcul, la simulation numérique des écoulements dans les réservoirs nécessite de travailler sur un nombre de mailles plus réduits. La méthode classique consiste à déterminer le maillage réservoir en mettant à l'échelle les paramètres pétrophysiques. Cette démarche a l'inconvénient de ne pas tenir compte de l'évolution au cours du temps des variables du problème. Pour pallier ce défaut, on propose d'avoir recours à une homogénéisation pendant la résolution du problème. La méthode de double maillage consiste à résoudre, pour un système couple pression-saturation, chacune des équations du système avec une discrétisation en temps et en espace spécifique. L'appliquer à un problème diphasique revient à résoudre l'équation en pression (parabolique) sur un maillage plus grossier que l'équation en saturation (hyperbolique). Par rapport a un schéma Impes classique, il faut : 1) assurer le passage des résultats de la résolution implicite de l'équation en pression pour faire évoluer la saturation sur le maillage fin ; 2) une fois la saturation mise à jour, éventuellement après plusieurs pas de temps locaux, on calcule les paramètres homogénéisés nécessaires pour la prochaine étape du calcul en pression en tenant compte de la distribution au cours du temps des saturations. Le travail de ces trois ans a permis in fine de montrer la validité de la méthode de double maillage non seulement de manière numérique mais aussi théorique. En effet, la méthode a été validée numériquement sur des écoulements diphasiques incompressibles en milieux hétérogènes que les rapports de mobilités soient favorables ou non. De plus, une démonstration de convergence a assuré la validité théorique de la méthode pour un cas simplifié homogène (système elliptique/hyperbolique).
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Benard, Johann. "Ecoulements diphasiques en milieux poreux : modélisation et simulation de cas d'imbibition, de drainage et d'ébullition." Université de Marne-la-Vallée, 2004. http://www.theses.fr/2004MARN0226.
Full textAbstract:
Le contexte général de cette étude concerne la modélisation et la simulation numérique d'écoulements diphasiques en milieux poreux pour des applications à des problèmes d'ingénierie civile ou environnementale. Nous nous focalisons sur les phénomènes de transport mis en jeu dans les cas d'imbibition, de drainage et d'ébullition. Pour cela, nous étudions d'une part, des écoulements diphasiques eau-air isothermes et des écoulements d'eau et de vapeur d'eau avec changement de phase. Tout d'abord, nous présentons une modélisation macroscopique continue des transferts de masse et d'énergie dans les milieux poreux en tenant compte, lorsqu'ils existent, des changements de phase. Ce sont les principes de la thermodynamique des systèmes ouverts proches de l'équilibre qui ont servi de base à cette modélisation. Cette dernière débouche sur un système d'équations aux dérivées partielles non linéaires auxquelles s'ajoutent, des équations et des inéquations locales qui gèrent les transitions de phase. La discrétisation des équations est effectuée par la méthode des volumes finis et la résolution du système d'équations algébriques non linéaires obtenu est faite par la méthode de Newton. Afin de valider la modélisation proposée, différents problèmes physiques sont étudiés. Nous nous intéressons en premier lieu à des écoulements diphasiques eau-air isothermes. Dans une première étape, nous étudions la resaturation d'une barrière ouvragée par une barrière géologique, cela correspond à la première phase de la vie d'un ouvrage de stockage de déchets nucléaires. Dans une seconde étape, nous étudions le drainage d'une colonne poreuse initialement saturé d'eau. Nous montrons comment il est possible à partir d'un modèle simplifié, d'identifier la pression capillaire et la perméabilité relative de l'air. Des comparaisons entre les simulations numériques et des mesures d'expériences de laboratoire, obtenu par IRM, sont également proposées. Nous nous intéressons ensuite à l'apparition d'une phase vapeur dans un milieu poreux initialement saturé d'eau. Deux exemples d'applications sont traités : l'ébullition dans une colonne poreuse verticale chauffée par le bas et l'ébullition dans un milieu poreux de grande échelle. Pour ces deux cas, des résultats expérimentaux sont disponibles. Nous montrons que les courbes de perméabilité relative et de pression capillaire évaluées pour le couple eau-air doivent être largement corrigées dans la modélisation des écoulements diphasiques eau-vapeur d'eau. De plus, une solution analytique originale a été obtenue dans un cas simplifié du problème de Stefan et la comparaison entre les résultats numériques et la solution analytique a montré un bon accord. Les différentes confrontations entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux montrent que la modélisation proposée est capable de représenter les phénomènes physiques de façon satisfaisante, tant du point de vue de l'imbibition et du drainage isothermes que de l'ébullition. Les schémas numériques se sont révélés être d'une grande robustesse ; ils se sont montrés parfaitement adaptés au suivi de la propagation de la frontière mobile entre les zones diphasique et monophasiqueThe general framework of this study concerns the modeling and the numerical simulation of two-phase flows in porous media for civil or environmental engineering applications. We study on the one hand water-air isothermal two-phase flows, and on the other hand water and vapour water flows with phase shift. We focus on transport phenomena involved by imbibition, drainage and boiling cases. We first present a continuous macroscopic model that describes mass and energy transfers in porous media, which leads to a system of partial derivative equations. We account for the phase shifts, when they exist, with respect to the principles of classical irreversible thermodynamics, which gives local equations and inequations. The discretization of the resulting system of equations is carried out by the finite volume method, thus leading to a system of nonlinear algebraic equations. An approximate solution is obtained by the Newton method. The model is used for the simulation of various physical situations. We first study the case of the resaturation of the artificial porous medium around nuclear waste. We then apply the model to the case of the drainage of a porous column initially saturated with water. We show how a simplified model can be used for the identification of the capillary pressure and the permeability of the nonwetting phase. A comparison with experimental results obtained by magnetic resonance imaging is proposed. We then study two cases of the apparition of water vapor in an initially saturated porous medium for which experimental measurements are available. The first one concerns a vertical porous column heated at its bottom boundary. The second one is the case of a large scale experiment reproducing the heating phenomena occurring in the storage of nuclear waste. In both cases, the simulation results have correctly reproduced the displacement of the boundary between the two-phase and one-phase zones. A comparison of numerical results and original analytical ones, in the case of a simplified Stefan problem, has shown an excellent agreement
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Ndjinga, Michaël. "Quelques aspects de modélisation et d'analyse des systèmes issus des écoulements diphasiques." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2007. http://www.theses.fr/2007ECAP1030.
Full textAbstract:
Les modèles bifluides et multichamps sont couramment employés pour la modélisation et la simulation numérique des écoulements diphasiques. Ces modèles présentent cependant de nombreuses difficultés mathématiques et numériques, comme par exemple leur défaut d'hyperbolicité, ou leur structure propre non triviale. Il est important, avant toute démarche de simulation numérique de comprendre le caractère bien posé de tels modèles d'évolution éventuellement non hyperboliques. Nous étudions donc dans un premier temps les propriétés des systèmes d'équations aux dérivées partielles du premier ordre présentant des valeurs propres complexes. Nous étudions ensuite l'hyperbolicité du modèle bifluide à six équations en présence du terme de pression interfaciale et des forces de masse virtuelle et de lift. L'étude du polynôme caractéristique conduit à l'établissement d'un diagramme décrivant la localisation et la topologie des régions non hyperboliques. Enfin, nous proposons diverses fermetures algébriques de la pression interfaciale assurant l'hyperbolicité des modèles bifluides à six équations et multichamps. Afin de résoudre numériquement les systèmes d'équations des modèles bifluides et multichamps par une approche volumes finis de type Roe, nous présentons deux nouveaux algorithmes conçus pour un calcul efficace de la fonction valeur absolue matricielle. Ces algorithmes sont robustes car ils évitent le calcul des vecteurs propres de la matrice argument. Le premier est basé sur une approche itérative et converge en un nombre fini d'itérations si les valeurs propres de la matrice argument sont réelles. La seconde approche basée sur la résolution d'un problème d'interpolation fournit l'algorithme le plus rapide, et de plus permet de traiter le cas des valeurs propres complexes. Grâce à ces nouveaux algorithmes, il est possible de résoudre efficacement le modèle bifluide à six équations en présence de forces à termes différentiels ou le modèle multichamps avec un nombre de champs quelconque. Nous présentons alors de nouveaux résultats de simulation numérique des modèles bifluides à six équations et multichamps en présence de forces à termes différentielsTwo-fluid and multifield models are commonly used in the modeling and numerical simulation of two phase flows. They however present several mathematical and numerical difficulties, such as their lack of hyperbolicity or their non trivial eigenstructure. It is important to understand the well-posedness of such possibly non hyperbolic systems before solving them numerically. For this reason, we study the solutions of systems of first order partial differential equations having a possibly complex eigenstructure. We then characterise the hyperbolicity of the six equations two-fluid model with interfacial forces having differential expressions such as the interfacial pressure term, virtual mass and lift forces. The study of the characteristic polynomial leads to a diagram representing the location and topology of the non hyperbolic regions. We eventually propose numerous closure laws that make the two-fluid and multifield models unconditionally hyperbolic. In order to numerically solve the two-fluid and multifield models equations in a finite volume approach using a Roe type scheme, we propose two new algorithms designed for an efficient computation of the matrix absolute value function. These algorithms are robust as they avoid the computation of the eigenvectors of the argument matrix. The first is based on an iterative approach and converges in a finite number of steps if the eigenvalues are real. The second is faster, and besides can handle the case of complex eigenvalues. Thanks to these new algorithms, it is now possible to solve efficiently the six equations two-fluid model with differential interfacial terms, or the multifield model with an arbitrary number of fields. We finally show the results of some recent numerical simulations of the six equations two-fluid model and the multifield model with interfacial forces having a differential expression
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Guégan, Damien. "Modélisation numérique d'écoulements bifluides 3 D instationnaires avec adaptation de maillage." Nice, 2007. http://www.theses.fr/2007NICE4097.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique dédié à la prédiction d'écoulements multifluides. Nous nous plaçons dans le cadre des équations de Navier-Stokes instationnaires. Les fluides sont considérés comme incompressibles et immiscibles. La discrétisation de ces équations est effectuée par une méthode de projection, tandis que le suivi de l'interface est assurée par la méthode Level Set. Nous proposons une méthode d'interface mince, la Ghost Fluid Method, afin de traiter de manière fine sur des maillages non-structurés, les discontinuités à l'interface. Des comparaisons sont effectuées avec une méthode d'épaississement. La partie principale de ce travail est consacrée à la mise au point d'un couplage entre le solveur Navier-Stokes et des techniques d'adaptation de maillages. Après avoir décrit les techniques utilisées, nous proposons des solutions afin d'adapter efficacement les maillages aux écoulements bifluides. Notre approche est validée sur des tests académiques et testée sur plusieurs simulations 2D et 3D plus complexes, bénéficiant de résultats expérimentauxThe purpose of this thesis is to develop a numerical method dedicated to the prediction of multifluid flows. We work with unsteady Navier-Stokes equations. The fluids are considered incompressible and immiscible. We use a projection method to discretize these equations, whereas interface tracking is enforced by the Level Set method. We propose a sharp interface method, the Ghost Fluid Method, to take into account a thin interface discontinuity, on unstructured meshes. We present a comparison with dispersed interface method. An important part of our work is devoted to the development of a coupling between Navier-Stokes solver and mesh adaptation technique. After the description of these technique, we propose solutions to efficiently adapt meshes to bifluid flows. Our approach is validated on academic tests cases and tested on several simulations 2D and 3D more complicated. Comparisons with experiments are presented
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Benguigui, William. "Modélisation de la réponse dynamique d’une paroi solide mise en vibration par un écoulement fluide diphasique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLY014/document.
Full textAbstract:
Les tubes des générateurs de vapeur des centrales nucléaires vibrent sous l'effet d'écoulement eau/vapeur. Pour appréhender ce phénomène et le comprendre, des expériences à échelles réduites sont réalisées. La simulation numérique a montré son habilité à reproduire l'interaction fluide-structure sur ce type de géométrie pour des écoulements monophasiques. L'objectif est désormais de faire de même en écoulement diphasique et de caractériser les propriétés physiques du mélange liquide/gaz influant sur la vibration.Pour se faire, un code CFD avec une approche bi-fluide est utilisé. Une méthode dite de "Discrete forcing" est implémentée pour permettre le mouvement imposé de corps solides au sein d'un écoulement à plusieurs phases. Celle-ci est alros validée sur des cas simples et intégraux avec une comparaison systématique à des résultats expérimentaux ou théoriques.En se basant sur un algorithme implicite existant dans la littérature, un couplage fluide-structure utilisant cette méthode de suivi d'interface est implémenté. Validé sur des cas monophasiques et diphasiques, ce couplage offre désormais la possibilité de déplacer un solide en fonction des forces fluides diphasiques qui lui sont appliquées.Les différentes méthodes numériques présentes dans NEPTUNE_CFD sont ensuite évaluées pour un écoulement fréon/fréon au travers d'un faisceau de tubes inclinés. La nécessité d'utiliser des modèles dit "multi-régime" est mis en avant.Afin de déterminer l'influence sur l'écoulement des différentes propriétés physiques d'un mélange diphasique, plusieurs cas simples sont réalisés.Finalement, l'application industrielle cible, un écoulement eau/fréon dans un faisceau de tubes à pas carré, est simulée et comparée à un écoulement en conditions réelles (eau/vapeur à 70 bar). Les vibrations induites par écoulement monophasique puis diphasique sont correctement reproduites sur des cas dit de "faisabilité"In nuclear power plants, steam generator tubes vibrate because of steam/water cross-flows. In order to understant this phenomenon, reduced-scale experiments are performed. Numerical simulations have shown their ability to accurately reproduce the vibration induced by a single phase flow in a tube bundle. The aim of the present work is to do the same with two-phase flow and to characterize the effect of the mixture physical properties on vibration.To do so, a CFD code based on a two-fluid approach is used. A "discrete forcing" method is implemented in order to allow solid body motion in a two-phase flow. The validation is performed with simple and industrial cases using experimental and theoretical results.Using an existing implicit algorithm, a fluid-structure coupling based on the developed interface tracking method is implemented. Validated for single and two-phase flows, it is now possible to have solid motion induced by fluid forces.The different numerical models dedicated to two-phase flows are then evaluated on a freon/freon flow across an inclined tube bundle. The use of a multi-regime model is required. In order to investigate the role of the different physical properties on the vibration, three simple studies are performed.Finally, the industrial application, a freon/water flow across a square pitch tube bundle, is performed. First, it is compared to a steam/water flow in order to characterize the discrepancies when we are using a modeling mixture. Then, the vibration induced by single- and two-phase flows is reproduced by the developed method on feasibility test cases
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Lesage, Anne-Cécile. "Méthodes Level Set pour les écoulements bi-fluides incompressibles avec tension de surface et angle de contact sur maillages non-structurés." Nice, 2006. http://www.theses.fr/2006NICE4047.
Full text
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Boucker, Marc. "Modélisation numérique multidimensionnelle d'écoulements diphasiques liquide-gaz en régimes transitoire et permanent : méthodes et applications." Cachan, Ecole normale supérieure, 1998. http://www.theses.fr/1998DENS0032.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré au développement d'une méthode de résolution numérique d'un modèle simplifie d'écoulements diphasiques liquide-gaz, a sa mise en œuvre dans une maquette logicielle et a sa validation sur des configurations d'écoulements stationnaires et instationnaires. Le modèle d'écoulement diphasique considéré est une restriction du modèle général à deux fluides comprenant deux équations de bilan de masse et deux équations de bilan de quantité de mouvement. Ce système ne peut se mettre sous forme conservative et sa partie convective n'est pas hyperbolique. Une méthode volumes finis fondée sur le schéma volumes finis a flux caractéristiques est appliquée a ce système et adaptée au cas tridimensionnel sur des maillages non structures formes de tétraèdres. Une discrétisation originale du terme non conservatif dans le cas multidimensionnel est proposée. Une formulation implicite non linéaire du schéma numérique permet d'atteindre de grandes valeurs du nombre de cfl (supérieur a 100). Par ailleurs, les contraintes visqueuses sont prises en compte dans un algorithme à pas fractionnaire au moyen d'une discrétisation par éléments finis. Le passage de la discrétisation volumes finis a la discrétisation éléments finis est réalisé a l'aide des techniques de projections appelées passerelles volumes finis - éléments finis. Les calculs sur des cas test de validation ont permis d'obtenir les principaux résultats suivants : démonstration de la faisabilité de calculs sur un modèle diphasique a deux fluides non hyperbolique, en 3d sur des maillages non structures ; la gamme des taux de vide est accessible numériquement sur presque toute son étude ; l'efficacité du traitement implicite en temps pour atteindre des états stationnaires est démontrée.
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Voronetska, Kateryna. "Simulation numérique directe des écoulements à phases dispersées." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14507/document.
Full textAbstract:
Dans l'industrie du pétrole et des moteurs, les écoulements de fluides non-miscibles sont fréquemment rencontrés : écoulements d'hydrocarbures dans les conduites, séparation en production, injection de carburant dans les moteurs, procédés de raffinage, etc.Pour modéliser ce type d'écoulement, deux approches sont possibles. Soit l'écoulement est décrit de façon macroscopique et les phénomènes locaux (rupture et coalescence des gouttes, glissement des phases, compaction locale, etc.) sont modélisés à l'aide de lois de fermeture analytiques ou empiriques. Soit l'écoulement est modélisé de manière directe à l'échelle de la goutte et on s'attache à décrire précisément l'interface et les interactions entre les phases. C'est cette dernière approche que nous avons proposé d'adopter pour étudier des écoulements à phase dispersée liquide-liquide, et plus particulièrement les phénomènes de rupture et coalescence, collision ou déformation de gouttes. Ainsi, le but principal de ce travail de thèse a été le développement d'un code de simulation numérique directe capable de modéliser un écoulement diphasique liquide-liquide, afin d'étudier en détail les effets de coalescence et de rupture entre les gouttes. Ce travail a nécessité l’utilisation d’une technique de suivi d’interface appropriée et le développement d’un solveur des équations de Navier-Stokes incompressible pour calculer le champ de vitesse, ainsi qu’une méthode de couplage entre ces deux solveurs pour la simulation des écoulements diphasiques. Notre outil numérique a été validé sur de nombreux cas tests académiques et appliqué à l'étude du processus de séparation liquide-liquideThe flow of immiscible fluids is a frequent issue in the petroleum industry: hydrocarbon in pipelines, separation process for production, fuel injection in engines, refinery treatment processes, etc.There are two possible approaches to model this type of flow. In the first one, the flow is described macroscopically. In this case, local phenomena (breakage or coalescence of droplets, phase slip, local compaction) are modeled thanks to analytic closure laws or empiric laws. In the second approach, the flow is simulated indirectly on a scale of droplet and we want to describe precisely the interface and the interactions between phases. We propose here to consider the second method to study liquid/liquid dispersed flows and especially the phenomena of breakage or coalescence and collision or distortion of the droplets.Thus, the main purpose of this work was the development of a direct numerical simulation code that is capable to model a liquid-liquid two-phase flow, in order to study in detail the effects of droplets coalescence and breakage. To model a two-phase flow, it is necessary to choose an appropriate interface tracking method and to develop a solver for Navier-Stokes incompressible equations to compute the velocity and pressure values. Also, a coupling method that is able to handle the discontinuous quantities at the interface has to be implemented. Our numerical tool has been validated on numerous academic test cases and applied to study the process of liquid-liquid separation
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Magdeleine, Sylvain. "Démonstration de la potentialité des méthodes de SND diphasique à renseigner les modèles moyennés : Application à la colonne à bulles." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0181.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans un projet à long terme qui vise à renseigner les modèles moyennés diphasique grâce à la simulation numérique directe (SND) et se décompose en deux étapes. La première consiste à construire un équivalent de la simulation aux grand échelles (SGE) pour les écoulements diphasiques (appelé modèle ISS). Après avoir présenté les développements théoriques qui sont mis en œuvre, un ensemble de tests de validation est utilisé afin de caractériser le modèle et de déterminer son potentiel à fournir une solution pertinente à faible coût. La seconde étape se rapporte à l'utilisation de ce modèle afin de réaliser des simulations d'écoulements dispersés à bulles contenant plusieurs centaines d'inclusions. Nous nous sommes intéressés à différents cas se rapportant à des essaims monodisperses et bidisperses. Les résultats de ces simulations permettent de calculer les grandeurs moyennes relatives aux bilans de masse, de quantité de mouvement et d'aire interfaciale volumique (AIV). Celles-ci constituent le système d'équations qui régit l'écoulement moyen monodimensionnel, nous procédons ainsi à un test a priori du modèle complet. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à démonter la viabilité de nos mesures en vérifiant les bilans de masse et d'AIV. Ensuite, nous avons montré que l'une des difficultés de ce travail réside dans la définition des grandeurs moyenne à partir des grandeurs locales. Puis, nous avons montré que les hypothèses classiquement introduites sont valides pour des écoulements simples mais ne sont plus justifiées dans les cas plus complexes pour lesquels il est nécessaire d'ajouter des modèles supplémentaires. Enfin, nous avons confronté une corrélation usuelle de coefficient de traînée à nos mesures. Nous avons ainsi montré que cette corrélation donne de bons résultats dans les configurations monodisperses. À l'inverse, son utilisation dans les configurations bidisperses conduit à une surestimation des forces de traînée par le modèle moyenné testéThis work is a part of a long term project that aims at using two-phase Direct Numerical Simulation (DNS) in order to give information to averaged models. For now, it is limited to isothermal bubbly flows with no phase change. It could be subdivided in two parts : Firstly, theoretical developments are made in order to build an equivalent of Large Eddy Simulation (LES) for two-phase flows called Interfaces and Sub-grid Scales (ISS). After the implementation of the ISS model in our code called Trio_U, a set of various cases is used to validate this model. Then, special test are made in order to optimize the model for our particular bubbly flows. Thus we showed the capacity of the ISS model to produce a cheap pertinent solution. Secondly, we use the ISS model to perform simulations of bubbly flows in column. Results of these simulations are averaged to obtain quantities that appear in mass, momentum and interfacial area density balances. Thus, we processed to an a priori test of a complete one-dimensional averaged model. We showed that this model predicts well the simplest flows (laminar and monodisperse). Moreover, the hypothesis of one pressure, which is often made in averaged model like CATHARE, NEPTUNE and RELAP5, is satisfied in such flows. At the opposite, without a polydisperse model, the drag is over-predicted and the uncorrelated Ai flux needs a closure law. Finally, we showed that in turbulent flows, fluctuations of velocity and pressure in the liquid phase are not represented by the tested averaged model
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Tavares, Mathilde. "Simulation et modélisation multi-échelle d'écoulements diphasiques." Thesis, Paris Est, 2019. http://www.theses.fr/2019PESC2021.
Full textAbstract:
Plusieurs problèmes qui nous entourent peuvent être associés à des écoulements diphasiques à phases séparées. A grande échelle, c'est le cas des problèmes environnementaux comme le déferlement des vagues. A plus petite échelle, on retrouve ces écoulements dans le domaine des transports terrestres, maritimes, aéronautiques et spatiaux comme l'injection de carburant dans les moteurs. Avec une grande gamme de taille d’interfaces pouvant aller du mètre au nanomètre, ces problèmes sont clairement multi-échelles. La compréhension et la caractérisation de ces écoulements sont d'une importance capitale mais sont rendues difficiles car les expériences restent limitées pour ces problèmes et il en est de même pour les études théoriques. La modélisation et la simulation de ces écoulements, constituent une alternative intéressante. Bien que d'importants progrès sur la simulation des écoulements diphasiques multi-échelles aient été réalisés, capturer simultanément les petites et grandes échelles de l'interface tout en représentant avec précision les modifications topologiques demeurent une difficulté majeure. Ce travail s'articule autour de l'élaboration d'une modélisation unifiée prenant en compte toutes les échelles interfaciales, de la phase séparée à l'échelle des petites interfaces dispersées afin de répondre aux besoins des problèmes réels. Dans ce contexte, une méthode de front-tracking a été développée pour un suivi précis des interfaces. Cette méthode a été testé validée à l'aide de plusieurs configurations analytiques et des comparaisons effectuées avec plusieurs méthodes de suivi d'interface la littérature ont permis de montrer que la méthode de front-tracking développée dans ce travail était l'une des plus précises. Une méthode origine d'interpolation des vitesses basée sur le saut des propriétés physiques à l'interface a été construite et validée. La méthode de suivi d'interface front-tracking a été intégré au modèle 1-fluide, développée dans le code maison FUGU, résolvant les écoulements de Navier-Stokes incompressibles diphasiques. Un choix différent d'implémentation du terme capillaire basé sur le calcul direct de la contribution capillaire dans une cellule coupée par l'interface a montré des résultats intéressant avec la réduction des courants parasites dans le cas de la bulle statique. Nous présentons également dans ce travail un modèle à 2-fluide discontinu couplé à la méthode de front-tracking développée, discrétisé sur une grille cartésienne structurée afin d'augmenter la précision de résolution des écoulements diphasiques à phase séparéesSeveral problems surrounding us can be associated with immiscibe two-phase flows. On large scales, this is the case of environmental problems such as wave breaking. On a smaller scale, we find these flows in the field of land transport, maritime, aeronautical and space such as fuel injection in engines. With a wide range of interface sizes ranging from meter to nanometer, these problems are clearly multi-scale. The understanding and the characterization of these flows are of capital importance but are made difficult because the experiments remain limited for these problems and it is the same for the theoretical studies. Modeling and simulation of these flows is then an interesting alternative. Although important progress has been made on the simulation of multiscale two-phase flows, simultaneously capturing small and large scales of the interface while accurately representing topological changes remains a major difficulty. This work is based on the development of a unified modeling taking into account all the interfacial scales, from the separated phase to the scale of the small dispersed interfaces in order to answer the needs of the real problems. In this context, a front-tracking method has been developed for precise monitoring of interfaces. This method has been tested validated using several analytical configurations and comparisons made with several interface tracking methods of the literature has shown that the front-tracking method developed in this work was one of the most precise. A method of interpolation of velocities based on the jump of the physical properties at the interface has been constructed and validated. The front-tracking interface tracking method has been integrated into the 1-fluid model, developed in the FUGU house code, solving incompressible two-phase Navier-Stokes flows. A different choice of implementation of the capillary term based on the direct calculation of the capillary contribution in a cell cut by the interface has shown interesting results with the reduction of parasitic currents in the case of the static bubble. We also present in this work a discontinuous 2-fluid model coupled to the developed front-tracking method, discretized on a structured Cartesian grid in order to increase the resolution accuracy of two-phase phase separated flows
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Delay, Guillaume. "Analyse des écoulements transitoires dans les systèmes d'injection directe essence : effets sur l'entraînement d'air instationnaire du spray." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7367/1/delay1.pdf.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est de déterminer l'effet des fluctuations de débit liquide instantané d'un injecteur sur l'entraînement d'air instationnaire d'un spray conique creux de type injection directe essence. Pour ce faire, nous utilisons plusi eurs outils, expérimentaux et numériques. Une méthode de mesure de débit liquide instantané, basée sur la modélisation physique des écoulements pulsés est utilisée. La mesure de la vitesse (Anémométrie Laser Doppler) de l'écoulement à l'axe de la conduite alimentant l'injecteur suffit pour reconstruire l'écoulement avant l'injecteur. Un logiciel de modélisation hydraulique et mécanique (AMESim) permet d'obtenir le débit liquide instantané en sortie de l'injecteur. La validation est réalisée grâce aux résultats de la méthode de reconstruction et à des mesures de pression de rampe d'injection. La Vélocimétrie par Images de Particules Fluorescentes (FPIV), adaptée aux milieux diphasiques denses, donne accès à l'écoulement d'air autour et à l'intérieur du spray cônique. Des mesures de vitesse d'air à proximité de la nappe diphasique permettent de déterminer l'entraînement d'air instationnaire du spray. En se basant sur des données de granulométrie et de vitesse du carburant en sortie de l'injecteur, l'analyse des échanges de quantité de mouvement des gouttes vers l'air permet enfin de proposer un modèle d'entraînement instationnaire fidèle aux mesures FPIV.
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Chareyron, Delphine. "Développement de méthodes instrumentales en vue de l'étude Lagrangienne de l'évaporation dans une turbulence homogène isotrope." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00783253.
Full textAbstract:
Cette thèse est centrée sur le développement d'outils expérimentaux permettant de mieux caractériser l'étude du couplage entre l'évaporation de gouttelettes et un écoulement turbulent gazeux environnant. Dans notre étude on cherche à se placer dans un régime de couplage fort entre les gouttelettes évaporantes et la turbulence. Dans ce régime peu renseigné dans la littérature, les gouttelettes se trouvent dans un régime intermédiaire entre le régime de traceur et le régime inertiel. Dans un premier temps nous présentons un dispositif expérimental capable de générer une turbulence homogène isotrope avec de fortes fluctuations de vitesse, ainsi que la réalisation de l'injection de gouttelettes initialement monodisperses. Puis, l'instrumentation Lagrangienne développée (en collaboration avec le laboratoire Hubert Curien de St Etienne) : l'holographie numérique en ligne, est ensuite testée et validée pour un fluide non évaporant. Une méthode de tracking des gouttelettes a été mise au point afin de reconstruire les trajectoires des gouttelettes dans le volume turbulent homogène isotrope. La précision obtenue sur les diamètres (2% pour des gouttes de 60 μm) vient complètement valider cette métrologie pour l'étude de l'évaporation. Les premiers résultats obtenus avec des gouttelettes évaporantes de fréon R114 font apparaître la visualisation, à notre connaissance inédite, des sillages évaporants. Une première reconstruction de trajectoire avec l'évolution du diamètre de la goutte au cours du temps est enfin présentée.
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Ménard, Thibault. "Développement d’une méthode Level Set pour le suivi d’interface. Application de la rupture de jet liquide." Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES073.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente des développements d’une simulation numérique directe pour l’étude de l’atomisation des jets liquides. Une méthode Level Set, pour décrire l’interface, est couplée à la méthode Ghost Fluid, pour prendre en compte les discontinuités à sa traversée. Cette approche est appliquée à l’étude des jets liquides dans le régime de Rayleigh. L’accord entre les simulations et différents résultats théoriques et expérimentaux montre l’intérêt d’une telle approche. Cependant, la méthode Level Set présente comme principale contrainte de ne pas être conservative en masse et voit son domaine d’application limité à l’étude des jets à faible vitesse. Le couplage VOF/Level Set est ici développé et permet de palier ce défaut. Ce couplage est testé dans des configurations académiques afin d’être validé et de lui apporter différentes améliorations. Le code calcul est alors appliqué à une étude sur l’atomisation d’un jet liquide haute vitesse. Des données statistiques sont extraites afin d’aider à la modélisation de l’atomisation primaire où des études ont été menées en collaboration avec des équipes développant de tels outils. Des simulations sont extraits des séquences d’images montrant différents mécanismes de formation de gouttes montrant la diversité et la complexité de ces mécanismes dans les conditions étudiées. Les limitations et les apports d’une telle approche sont finalement discutésThis thesis presents new developments of Direct Numerical Simulation for the study of liquid jet atomization. Interface tracking is performed by a Level Set method, and the Ghost Fluid Method is used to capture accurately sharp discontinuties. It is first applied on the study of the destabilisation of liquid jet in the Rayleigh regime. Numerical simulation results show an encouraging agreement with theoretical and experimental results. However, the main drawback of the Level Set method is a possible mass loss, and it restricts the application of the method to low speed jets. A coupled VOF/Level Set is thus developped to ensure mass conservation. This method is applied at test cases to be validated and improved. A specific study is then devoted to the atomization of high speed jets. Simulations are carried out to create a data base of statistical variables and improve closure relations in atomization modelling. Atomization mechanisms and droplet formation are detailed by image analysing of simulation which show the diversity and complexity of these mechanisms in this condition. Finally advantage and drawback of the method are discussed
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Vaudor, Geoffroy. "Atomisation assistée par un cisaillement de l'écoulement gazeux. Développement et validation." Rouen, 2015. http://www.theses.fr/2015ROUES024.
Full textAbstract:
L'atomisation assistée permet de transformer un jet liquide en gouttes à l'aide d'un jet gazeux co-courant rapide. Ce procédé est mis en œuvre dans certains moteurs cryotechniques et systèmes de propulsion aéronautique. L'étude numérique de ces configurations est cependant difficile à réaliser en raison du fort cisaillement couplé au fort rapport de masse volumique entre les phases liquide et gazeuse qui rendent la plupart des solveurs instables dont le solveur ARCHER développé au CORIA. Des développements numériques sur la modélisation des termes convectifs, à partir des travaux de Rudman, ont été réalisés. L'idée conductrice est de rétablir la consistance entre le transport numérique de la masse et celui de la quantité de mouvement. La discrétisation proposée nécessite le transport de l'interface sur une grille duale. Cette méthode s'est avérée stable mais coûteuse numériquement. Une nouvelle discrétisation, permettant de s'affranchir de la seconde grille est proposée et validée sur différents cas tests. Des études expérimentales sur l'atomisation assistée ont été menées au laboratoire LEGI depuis de nombreuses années et les nouveaux schémas numériques implémentés au cours de ce travail ont permis la simulation numérique d'un film liquide cisaillé 2D et d'un jet coaxial liquide en 3D que l'on a comparés aux résultats expérimentauxAssisted atomization enables to transform a liquid jet into drops using a co-flowing high-speed gas jet. This method is applied in cryogenic engines and aircraft propulsion systems. However, numerical study of these configurations is challenging, due to the high shearing associated with the high density ratio between the liquid and gaseous phases, which make most solvers unstable, including the ARCHER solver developed in CORIA laboratory. Numerical developments on the modeling of the convective term based on Rudman's work have been performed. The main idea is to re-establish the consistency between numerical mass and momentum transport. The original discretization requires moving the interface onto a dual grid. This method has proved to be stable but numerically costly. A new discretization which enables to get rid of the second grid is suggested and validated on different test cases. Experimental studies on assisted atomization have been carried out in LEGI laboratory for years and the new numerical scheme developed during these studies have enabled to simulate numerically a 2D sheared liquid film and a coaxial liquid jet in 3D, which have then been compared to the experimental results
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Adong, Feddy. "Écoulements diphasiques, surfaces rugueuses et vitesse de glissement : modélisation asymptotique et calcul Numérique." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2065.
Full textAbstract:
La thèse s'intéresse aux écoulements diphasiques de deux fluides non miscibles et, en particulier, aux écoulements sur des surfaces micro texturées où le fluide dans la phase gazeuse est intégralement piégé dans les creux des rugosités. Le travail est décomposé en deux parties: la première consacrée à la modélisation asymptotique et la seconde à la mise en œuvre d'un solveur numérique permettant de simuler des écoulements à forte capillarité. L'analyse asymptotique est réalisée sur une cavité rectangulaire et basée sur l'hypothèse de faibles déflexions de l'interface. Dans un premier temps, la contrainte visqueuse exercée par le fluide piégé sous l'interface est négligée et nous aboutissons à une première approximation semi-analytique. Lorsque la cavité est peu profonde, cette contrainte doit être prise en compte et une seconde approximation est obtenue. Dans les deux cas, nous montrons que la prise en compte de la courbure et/ou de l'écoulement du fluide piégé implique une diminution du glissement effectif. Dans la seconde partie, le code de calcul est construit en modifiant le solveur interFoam de la libraire OpenFoam. Dans le nouveau solveur, le calcul de la courbure est amélioré par l'introduction d'une fonction LevelSet. Un filtre numérique est utilisé afin de diminuer les oscillations parasites. De plus, différents modèles dynamiques d'angle de contact, des schémas essentiellement non oscillants et une formulation sans dimension sont également ajoutés. Les modifications apportées sont validées à l'aide de BenchMarks. Pour finir, le code de calcul est appliqué au problème étudié et des comparaisons avec l'analyse asymptotique sont présentéesThe thesis considers two-phase flows of immiscible fluids and in particular those past micro-textured rough surfaces where the gas phase is completely trapped within the roughness cavity. The work is divided in two parts the first of which is dedicated to asymptotic modelling while the second to developing a computational solver to simulate flows characterised by strong capillarity. The asymptotic analysis itself is based on interfaces with small deflections and focuses on a rectangular cavity. This leads to a semi-analytic approximation when the viscous stress, applied by the fluid trapped beneath the interface within the roughness cavity, is neglected. It is found that when the cavity is shallow, the viscous stress must be taken into account where a second approximation is needed. In both cases, it is shown that taking into account the interface curvature and/or the flow of the trapped fluid implies a reduction of the effective slip. In the second part, a new computational code is developed in modifying the interFoam solver of the OpenFoam open-source package. In this new solver, the curvature computation is improved by the introduction of the Level-Set function. The latter is then coupled to a numerical filter to reduce further parasite oscillations. Further more, essentially non-oscillating schemes, different models of dynamic contact angles and a non-dimensional formulation are also integrated in the code. These contributions and modifications are then validated on Bench-marks flow problems with the code being finally applied to the problem under consideration. Comparisons between numerical results and asymptotic modelling are also presented
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Ngo, Tri Dat. "Mise à l’échelle d’un écoulement diphasique avec gravité dans un milieu géologique hétérogène : application au cas de la séquestration du CO₂." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS005/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la migration par gravité et capillarité du CO₂ supercritique injecté dans un site de séquestration géologique hétérogène. Les simulations sont réalisées à l'aide du code DuMux. Particulièrement, on s'intéresse à la mise à l'échelle, de l'échelle de la cellule à l'échelle du réservoir, d'un modèle d'écoulement diphasique CO₂ -saumure, au sein d'un milieu stratifié périodique constitué d'un réseau de barrières peu perméables horizontales, continues ou discontinues. La mise à l'échelle est effectuée par la méthode asymptotique à double échelle. Dans un premier temps, on considère le cas d'une colonne verticale parfaitement stratifiée. Un modèle homogénéisé est développé puis validé par simulation numérique pour différentes valeurs du nombre capillaire et du flux incident de CO₂ . La méthode d'homogénéisation est appliquée au cas d'un écoulement dans un milieu bidimensionnel constitué de strates discontinues. Par l'effet de gravité, le CO₂ s'accumule sous les strates peu perméables, ce qui conduit à un problème mathématique local non standard. Cette stratification est modélisée à l'aide de l'approche des courants de gravité. L'approche est étendue au cas des strates semi-perméables et en prenant en compte la capillarité. Le modèle mis à l'échelle est comparé à des simulations numériques effectuées pour différents types de strates, avec ou sans pression capillaire, et sa limite de validité est discutée pour chacun de ces cas. La dernière partie de la thèse est dédiée à l'étude des performances du code DuMux pour simuler par calcul parallèle l'injection et la migration de CO₂ dans des milieux hétérogènes tridimensionnels (milieu périodique stratifié, milieu fluviatile et milieu réservoir SPE10)This work deals with the mathematical modeling and the numerical simulation of the migration under gravity and capillarity effects of the supercritical CO₂ injected into a geological heterogeneous sequestration site. The simulations are performed with the code DuMux. Particularly, we consider the upscaling, from the cell scale to the reservoir scale, of a two-phase (CO₂ -brine) flow model within a periodic stratified medium made up of horizontal low permeability barriers, continuous or discontinuous. The upscaling is done by the two-scale asymptotic method. First, we consider perfectly layered media. An homogenized model is developed and validated by numerical simulation for different values of capillary number and the incident flux of CO₂ . The homogenization method is then applied to the case of a two-dimensional medium made up of discontinuous layers. Due to the gravity effect, the CO₂ accumulates under the low permeability layers, which leads to a non-standard local mathematical problem. This stratification is modeled using the gravity current approach. This approach is then extended to the case of semi-permeable stratas taking into account the capillarity. The upscaled model is compared with numerical simulations for different types of layers, with or without capillary pressure, and its limit of validity is discussed in each of these cases. The final part of this thesis is devoted to the study of the parallel computing performances of the code DuMux to simulate the injection and migration of CO₂ in three-dimensional heterogeneous media (layered periodic media, fluvial media and reservoir model SPE 10)
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Nguyen, Thi Phuong Kieu. "Analyse mathématique et simulation numérique des modèles d'écoulements bouillants pour la thermohydraulique des centrales nucléaires." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV007/document.
Full textAbstract:
Nous avons étudié des méthodes de volumes finis pour la simulation numérique d'un flux impliquant deux phases incompressibles ou deux phases générales compressibles en déséquilibre mécanique. Les principales difficultés du régime où il y a une apparition de phase ou une disparition de phase est la singularité de la vitesse. Nous montrons que l'utilisation du l'entropie correction améliorer beaucoup ces problèmes. Enfin, nous simulons certains tests numériques importants pour vérifier les méthodes numériques, telles que la séparation de phase par gravité ou un canal bouillantWe investigated some finite volume methods for the numerical simulation of a flow involving two incompressible phases or general two compressible phases in mechanical disequilibrium. The main difficulties of the regime where there is either a phase appearance or a phase disappearance is the singularity of the velocity. We show that using the entropy fix will much improve these problems. Finally, we perfom some important numerical tests to verify the numerical methods, such as a phase separation by gravity or a boiling channel
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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.
Full textAbstract:
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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Bodjona, Hèzièwè Serge. "Elaboration d'un modèle détaillé d'une boucle diphasique gravitaire et développement d'un modèle réduit associé." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0005/document.
Full textAbstract:
Les systèmes électriques occupent de nos jours une place de plus en plus importante dans le domaine du transport aérien, ferroviaire et automobile. Ce progrès s'est accompagné de la miniaturisation des systèmes(convertisseurs) qui nécessitent un refroidissement très performant. Alors que les systèmes de refroidissement traditionnels atteignent leurs limites, une des solutions consiste à utiliser des boucles fluides diphasiques reposant sur le changement de phase liquide-vapeur du fluide de travail, en particulier les boucles diphasiques gravitaires. L'objectif de cette thèse est double: proposer un modèle détaillé de la boucle ainsi qu'un modèle réduit capable de calculer les variables en tout point de la boucle et en tout instant mais beaucoup moins gourmand en temps de calcul. Concernant tout d'abord le modèle détaillé, les équations de l'écoulement monodimensionnel et compressible du fluide à l'état monophasique et diphasique en régime transitoire sont résolues par la méthode d 'Euler explicite et par la méthode des volumes finis. Le mélange liquide-vapeur se comporte comme un mélange homogène, en équilibre mécanique et thermique. Les lois de fermeture du modèle sont déduites des lois d'état du type "Stiffened Gas". En ce qui concerne le modèle réduit, une extension de la méthode d'identification modale est proposée. La structure du modèle réduit est tout d'abord déterminée en effectuant la projection de Galerkine des équations de conservation continues. Ensuite les paramètres dumodèle réduit sont identifiés par la résolution d'un problème d'optimisation. Le modèle réduit ainsi construit est alors validé sur plusieurs cas présentant des dynamiques différentesToday, electrical systems are becoming increasingly important in the air, rail and automotive sectors.The immediate consequence of this progress is the miniaturization of systems (converters) requiring very important cooling means. Whereas conventional cooling solutions are reaching their limit, an alternative one can be sought in two-phase loops based on the liquid-vapor phase change of a working fluid, in particular two-phase loop thermosyphon. The objective of this thesis is twofold : to propose a detailed model of a two phase loop thermosyphon as well as a reduced model able to calculate the variables at any location of the loop at any time with a much smaller computing time. First, the equation of the transient one-dimensional compressible one-phase and two-phase fluid flow is solved using the explicit Euler method of order 1 and the finite volume method. The liquid-vapor mixture is modeled as a homogeneous mixture at mechanical and thermal equilibrium. The closure laws of the model are deduced from the "Stiffened Gas" state laws. For the reduced model, an extension of the modal identification method is proposed. The structure of the reduced model is first determined carrying out the Galerkin projection of the continuous conservation equations.Then the parameters of the model are identified by the resolution of an optimization problem. The reduced model thus constructed is then validated on several cases with different dynamics
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Guillemaud, Vincent. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques par une approche bifluide à deux pressions." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00169178.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire, on s'intéresse à la simulation des écoulements liquide-vapeur en transition de phase. Pour décrire ces écoulements, une approche bifluide moyennée à deux pressions indépendantes est retenue. Cette description du mélange liquide-vapeur s'appuie sur le modèle à sept équations de Baer et Nunziato. On étudie les aptitudes de cette modélisation à simuler les transitions de phase apparaissant en ingénierie nucléaire.Dans un premier temps, on élabore un cadre thermodynamique théorique pour décrire les écoulements liquide-vapeur. Dans ce cadre, on réalise la fermeture du modèle de Baer et Nunziato. De nouvelles modélisations sont proposées pour les termes d'interaction entre les phases. Ces nouvelles modélisations dotent le modèle bifluide à deux pressions d'une inégalité d'entropie. On étudie ensuite les propriétés mathématiques de ce modèle. Sa partie convective hyperbolique se présente sous une forme non-conservative. On étudie tout d'abord la définition de ses solutions faibles. Divers régimes d'écoulement sont alors mis à jour pour le mélange diphasique. Ces différents régimes d'écoulement présentent des analogies avec le comportement fluvial et torrentiel des écoulements en rivière. Les stabilités linéaire et non-linéaire de l'équilibre liquide-vapeur sont ensuite établies. Pour affiner notre description des interactions diphasiques, on étudie pour finir l'implémentation d'un modèle de turbulence, ainsi que l'implémentation d'une procédure de reconstruction pour la densité d'aire interfaciale.
On s'intéresse ensuite à la simulation de ce modèle. Suivant une approche à pas fractionnaires, une méthode numérique est élaborée dans un formalisme Volumes Finis. Pour réaliser l'approximation de la partie convective, diverses adaptations non-conservatives de solveurs de Riemann standard sont tout d'abord proposées. A l'inverse du cadre non-conservatif classique, l'ensemble de ces schémas converge vers une unique solution. Un nouveau schéma de relaxation est ensuite proposé pour approcher la dynamique des transferts interfaciaux. L'ensemble de la méthode numérique se caractérise alors par la préservation des équilibres liquide-vapeur. Dans un premier temps, cette méthode numérique est employée à la comparaison des différentes modélisations bifluides à une et deux pressions. On l'applique ensuite à la simulation des écoulements liquide-vapeur dans les circuits hydrauliques des réacteurs à eau sous pression en configuration accidentelle.
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Mathis, Hélène. "Étude théorique et numérique des écoulements avec transition de phase." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/MATHIS_Helene_2010.pdf.
Full textAbstract:
On s'intéresse dans ce travail à la simulation et l'approximation d'écoulements diphasiques avec transition de phase. Il s'agit de modéliser la dynamique d'une bulle de cavitation. Le modèle repose sur les équations d'Euler en coordonnées sphériques, l'interface gaz-liquide étant indiquée par une fonction de couleur. Dans une première partie, aucun transfert de masse n'est supposé. Un schéma Lagrange-projection est d'abord proposé : seule l'interface est déplacée à la vitesse du fluide. La projection repose sur un algorithme de suppression-découpage qui assure que les volumes ne deviennent pas négatifs. Le second chapitre traite du terme source géométrique. On construit un schéma équilibre articulé autour du schéma VFRoe-ncv pour lequel on propose une correction entropique non paramétrique. Un méthode d'ordre élevé de type Galerkin discontinu est ensuite étudiée dans le cadre de la magnétohydrodynamique. L'intégration en temps est réalisée par une méthode de type Adams-Bashforth, qui s'avère bien adaptée aux algorithmes de pas de temps local. La deuxième partie de la thèse traite de la modélisation du changement de phase liquide-vapeur. L'inf-convolution et la transformée de Legendre définissent une structure naturelle pour la construction de loi de pression de mélange. En particulier on montre que la construction de Maxwell est équivalente à la construction de l'enveloppe convexe de l'énergie de van der Waals. Un algorithme de transformée de Legendre rapide, adapté à la prise en compte correcte des bords du domaine de calcul de loi d'état, est développé. La méthode est appliquée à la construction de lois de pression tabulées de mélanges binaires miscibles ou immiscibles de gaz raidesThe main topic of this work is the modelling and the approximation of two-phase flows with phase transition. We are interesting in the simulation of a cavitation bubble. The model consists in the Euler equations written in spherical coordinates, the liquid-gas interface being indicated by a color function. In the first part, no mass transfer is taking into account. A Lagrange plus remap scheme is proposed. A Lagrangian flux is computed at the interface. The projection step rests on a cut-and-supress algorithm that ensures that the volumes of the cells do not become negative. The second chapter deals with the non-conservative geometrical source term of the system. We construct a well-balanced scheme hinged on the VFRoe-ncv scheme with a simple parameter-free entropy correction. Then a high-order discontinuous Galerkin scheme is studied in the magnetohydrodynamics framework. The time integration is based on a Adams-Bashforth method, that is well suited for a local time-stepping algorithm. The second part of the dissertation deals with the modelling of liquid-vapour phase transition. The inf-convolution and the Legendre transform define a natural framework for the construction of mixture pressure laws. In particular the Maxwell's construction is equivalent to the computation of the convex hull of the van der Waals energy. We develop a fast Legendre transform algorithm that perfectly handles the boundaries of the computational domain of the equation of state. The whole method is applied to the construction of tabulated pressure laws of binary mixtures of stiffened gases. The miscible and non the non miscible mixtures are covered by our approach
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Ramière, Isabelle. "Méthodes de domaine fictif pour des problèmes elliptiques avec conditions aux limites générales en vue de la simulation numérique d'écoulements diphasiques." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00122916.
Full textAbstract:
Ce travail est dédié à la mise en place de deux méthodes originales de type domaine fictif pour la résolution de problèmes elliptiques (de type convection-diffusion) avec des conditions aux limites générales et éventuellement mixtes : Dirichlet, Robin ou Neumann. L'originalité de ces méthodes consiste à utiliser le maillage du domaine fictif, généralement non adapté à la géométrie du domaine physique, pour définir une frontière immergée approchée sur laquelle seront appliquées les conditions aux limites immergées. Un même schéma numérique générique permet de traiter toutes les conditions aux limites générales. Ainsi, contrairement aux approches classiques de domaine fictif, ces méthodes ne nécessitent ni l'introduction d'un maillage surfacique de la frontière immergée ni la modification locale du schéma numérique. Deux modélisations de la frontière immergée sont étudiées. Dans la première modélisation, appelée interface diffuse, la frontière immergée approchée est l'union des mailles traversées par la frontière originelle. Dans la deuxième modélisation, la frontière immergée est approchée par une interface dite fine s'appuyant sur les faces de cellules du maillage. Des conditions de transmissions algébriques combinant les sauts de la solution et du flux sont introduites sur cette interface fine. Pour ces deux modélisations, le problème fictif à résoudre ainsi que le traitement des conditions aux limites immergées sont détaillés. Un schéma aux éléments finis Q1 est utilisé pour valider numériquement le modèle à interface diffuse alors qu'un nouveau schéma aux volumes finis est développé pour le modèle à interface fine et sauts immergés. Chaque méthode est combinée avec un algorithme de raffinement de maillage multi-niveaux (avec résidu de solution ou du flux) autour de la frontière immergée afin d'améliorer la précision de la solution obtenue.
Parallèlement, une analyse théorique de convergence en maillage non adapté au domaine physique a été effectuée pour une méthode d'éléments finis Q1. Cette étude démontre l'ordre de convergence des méthodes de domaine fictif mises en place.
Parmi les nombreuses applications industrielles possibles, une simulation sur une maquette d'échangeur de chaleur dans les centrales nucléaires permet d'apprécier la performance des méthodes mises en oeuvre.
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Zhu, Kan. "Stabilité non linéaire d’ondes de surface d’un film liquide dévalant un plan incliné et simulation numérique d’ondes interfaciales de deux fluides non miscibles stratifiés." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10197/document.
Full textAbstract:
Ce sujet de thèse s'inscrit dans un domaine en plein développement depuis quelques décennies. Il comporte deux parties:La première partie fait suite à une série de travaux théoriques et numériques en écoulement vertical, effectués par Boudlal et Liapidevskii (Boudlal, LML). On considère un film liquide mince non-Newtonien dévalant une paroi plane inclinée. On cherche à construire des solutions d'ondes périodiques avec discontinuités (ODP) d'amplitude finie, et on met en évidence les conditions nécessaires d'existence de ces ODP. On fait une étude à la fois analytique et numérique de la stabilité non linéaire de ce type d'ondes. Les équations modulées pour un trains d'ondes quasi-périodiques avec discontinuités permettent d'aboutir à un critère de stabilité dépendant de deux paramètres (expression intégro-différentielle), difficile à mettre en œuvre pour le tracé des diagrammes de stabilité des ODP, à cause de la présence des singularités aux frontières d'hyperbolicité (amplitudes faibles et maximales). Pour lever ces singularités des formules asymptotiques sont établies. Pour illustrer ces résultats un calcul numérique permet, à l'aide des formules asymptotiques au voisinage des singularités, de présenter des diagrammes de stabilité pour quelques valeurs des paramètres de l’écoulement.La seconde partie de ce travail est dédiée à la simulation numérique de l'écoulement diphasique (gaz/liquide) stratifiés entre deux plans parallèles et inclinés par rapport à l'horizontale. Le comportement de l'interface entre les deux phases fluides est à l'heure actuelle l'un des sous-domaines les plus actifs de la mécanique des fluides numérique. Dans ce contexte, nous avons choisi d'utiliser un code de calcul permettant de résoudre à la fois les équations de Navier-Stokes et les équations constitutives d'un fluide viscoélastique par volumes finis (Gilflow) correspondant à un écoulement monophasique du liquide viscoélastique confiné entre deux parois planes horizontales. J’ai implémenté, avec succès, le modèle diphasique mettant en œuvre la méthode "Volume Of Fluid"(VOF). Le transport de l'interface est résolu à l’aide l'équation de transport de la fonction VOF. Les deux méthodes : Hirt-VOF et PLIC-VOF sont testées pour un écoulement diphasique en régime stratifié instationnaire (gaz/ liquide). Pour illustrer les résultats de la simulation numérique, la configuration (gaz/ liquide) stratifiés est présentéeThis thesis is a part of a growing field in recent decades. It has two parts:The first section follows a series of theoretical and numerical works in vertical flow, made by Boudlal and Liapidevskii (Boudlal., LML). We consider a non-newtonian thin liquid film flowing in down inclined wall. We seek to construct solutions of periodic waves of finite amplitude with discontinuities, the so-called Roll waves (RW), the conditions of existence of these kind of waves are shown. We investigate both analytical and numerical nonlinear stability of these waves.The modulation equations for a quasi-periodic wave trains with discontinuities allow to lead a stability criterion, depending on two parameters (integro-differential expression). The main difficulty to establishthe stability domain is due of the presence of singularities near infinitesimal and maximal amplitudes. To remove these singularities the asymptotic formulas are obtained. To illustrate these results, a numerical calculation, using the asymptotic formulas, allows to pesent the stability diagrams for some values of the flow parameters.The second section of this work is dedicated to the numerical simulation of two-phase flow (gas / liquid) stratified between two parallel planes and inclined relative to the horizontal. The behaviour of the interface between the two phases is, at present, one of the most active sub-areas of computational fluid dynamics. In this context, we have chosen to use a code for solving both the Navier-Stokes equations and the constitutive equations of viscoelastic fluid with finite volumes (Gilflow) corresponding to a single phase flow of viscoelastic fluid confined between two horizontal plane walls. The two-phase flow model was here implemented successfully, by application of the "Volume Of Fluid" method (VOF). The transport of the interface is solved by using the transport equation of the VOF function. Both methods : Hirt-VOF and PLIC-VOF are tested for a two-phase flow in an unsteady stratified flow regime (gas / liquid). To illustrate this numerical simulation, the configuration (gas / liquid) stratified is here presented
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Billaud, Marie. "Eléments finis stabilisés pour des écoulements diphasiques compressible-incompressible." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13872/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons à la simulation numérique d'écoulements instationnaires de deux fluides visqueux non miscibles, séparés par une interface mobile. Plus particulièrement des écoulements sans choc constitués d'une phase gazeuse et d'une phase liquide sont considérés. Pour modéliser de tels écoulements, une approche dans laquelle le gaz est décrit par les équations de Navier-Stokes compressible et le liquide par les équations de Navier-Stokes incompressible est proposée. C'est le couplage de ces deux modèles qui constitue l'originalité et l'enjeu principal de de cette thèse. Pour traiter cette difficulté majeure, une méthode globale (i.e. la même dans chaque phase) et simple à mettre en oeuvre est élaborée. L'utilisation des équations de Navier-Stokes formulées de façon unifiée pour les inconnues primitives (pression, vitesse et température) constitue le point de départ pour la construction de notre méthode qui repose sur les composants suivants: une méthode d'éléments finis stabilisés pour la discrétisation spatiale des équations de Navier-Stokes; une approche Level Set pour représenter précisément l'interface dont l'équation de transport a été résolue par une méthode de type Galerkin Discontinu; et des grandeurs moyennes pour traiter les discontinuités à l'interface. Le bon comportement de notre approche est illustré sur différents tests mono et bi-dimensionnelsIn this work, we are interested in the numerical simulation of instationnary viscous flows of two immiscible fluids, separated by a mobile interface. In particular, flows without shock composed of a gas phase and a liquid phase are considered. In order to modelize such flows, an approach in which the gaz is described by compressible Navier-Stokes equations and the liquid by incompressible Navier-Stokes équations is proposed. The coupling between these two models is the originality and the stake of this thesis. To treat this important difficulty, a global (i.e. the same for each phase) and simple method is elaborated. In our procedure we propose, using the Navier-Stokes equations formulated in set of primitives unknowns (pressure, velocity and temperature), to elaborate a strategy that relies on the follow components: the stabilized finite element method to discretize spatially the Navier-Stokes equations; the Level Set method for tracking the interface precisely with a discontinuous Galerkin method to solve the associated transport equation; and some averaged quantities to treat the discontinuities at the interface. The good behaviour of this approach is performed on both one and two spatial dimensions
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Lachouette, Damien. "Modélisation d'une interface fluide/solide avec érosion : application à l'érosion interne." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00643226.
Full textAbstract:
Les phénomènes d'érosion sont une cause majeure dans la rupture des ouvrages hydrauliques tels que les digues ou les barrages. Le territoire compte 10000 km de digues, d'où un enjeu important en terme de risque d'inondation. Une approche plus générale est essentielle à une compréhension fine des phénomènes. La modélisation des mécanismes de l'érosion doit permettre l'élaboration de solutions pour sécuriser les ouvrages et les rendre moins sensibles à ces phénomènes. Ce travail est consacré à la modélisation d'une interface entre un milieu de sol et un milieu d'écoulement. Le mouvement de cette interface est régi par l'érosion du sol sous l'effet de l'écoulement. L'écoulement est calculé par les équations de Stokes munies d'un terme de pénalisation permettant la représentation unifiée des comportements des deux milieux. Dans une première partie, nous aborderons la problématique de la représentation de l'érosion. La seconde partie traite plus précisément de la représentation unifiée des comportements des milieux, notamment grâce à l'utilisation des méthodes de pénalisation. La troisième partie constitue une revue des principales méthodes permettant le suivit d'une interface. Une description précise de la méthode Level Set est donnée. Dans la quatrième partie, nous abordons la résolution numérique des équations d'écoulement. La cinquième partie rassemble l'ensemble des tests de la méthode. Enfin, la dernière partie est consacrée à l'application du modèle sur trois cas : le " Hole Erosion Test ", le phénomène de suffusion et l'érosion d'un lit de rivière autour d'une pile de pont.
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Ghoreishi, Najafabadi Seyed Hossein. "Modélisation et simulation numérique des écoulements tridimensionnels de chasse de sédiments dans les réservoirs." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2007/50376-2007-109.pdf.
Full textAbstract:
Dans cette étude, un modèle numérique tridimensionnel est développé pour le calcul du volume et du niveau des sédiments dans les réservoirs pendant la chasse de barrages. Les équations de Reynolds moyennées de Navier-Stokes (RANS) sont résolues numériquement par la méthode des volumes finis. Des modèles de turbulence du type k - [epsilon] et RNG k- [epsilon] sont aussi employés pour fermer ces équations. Les résultats du phénomène hydrodynamique sont utilisés comme des données d'entrée supplémentaires pour le module morphologique. Les équations de convection-diffusion pour la concentration des sédiments suspendus sont résolues en adoptant l'équation proposée par Van-Rijn (1987) comme condition limite. L'équation de charriage de Van-Rijn a été aussi utilisée pour calculer le transport de charriage adjacent au fond du réservoir. Ceci est combiné avec la concentration calculée des équations de convection-diffusion pour évaluer la concentration de l'ensemble des sédiments. Les changements de fond de réservoir sont obtenus par application de l'équation de conservation de la masse. La méthode de volumes finis est aussi utilisée pour résoudre les équations de transport de sédiment. Les résultats des simulations numériques sont comparés aux données expérimentales disponibles dans la littérature. Une étude d'un cas réel (réservoir de Sefid-Rud en Iran) a été réalisée. Pour ce cas, un bon accord entre la simulation et les données expérimentales a été obtenu pour les sédiments évacués du réservoir pendant la chasse. Ceci montre que le modèle développé peut raisonnablement simuler la chasse de pression. Cependant, quelques déviations ont été observées pour la chasse avec flux libre et cela peut être justifié par une modélisation incomplète de la surface libre de l'eau.
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Dabonneville, Felix. "Développement d'une méthode numérique multi-échelle et multi-approche appliquée à l'atomisation." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR018/document.
Full textAbstract:
L’objet de cette thèse a été de développer une méthode numérique multi-approche et multiéchelle appliquée à la simulation d’écoulements diphasiques de fluides non miscibles, incompressibles et isothermiques et plus particulièrement à l’atomisation primaire. Cette méthode repose sur une approche couplée entre un maillage local raffiné et un maillage global plus large. Le couplage est explicite avec raffinement en temps, c’est-à-dire que chaque domaine évolue selon son propre pas de temps. Afin de prendre en compte les différentes échelles en temps et en espace dans le processus d’atomisation, cette méthode numérique couple deux méthodes numériques diphasiques différentes : une méthode de capture de l’interface dans le domaine local raffiné près de l’injecteur et une méthode de sous-maille dans le domaine global grossier et la région du spray dispersé. Le code développé et parallélisé dans le logiciel OpenFOAMR s’avère capable de réduire de manière significative le temps de calcul d’une simulation aux grandes échelles de l’atomisation dans un injecteur coaxial, tout en prédisant de manière fiable les données expérimentalesThe purpose of this work has been to develop a multi-approach and multi-scale numerical method applied to the simulation of two-phase flows involving non miscible, incompressible and isothermal fluids, and more specifically primary atomization. This method is based on a coupled approach between a refined local mesh and a coarser global mesh. The coupling is explicit with refinement in time, i.e. each domain evolves following its own time-step. In order to account for the different scales in space and time of the atomization process, this numerical method couples two different two-phase numerical methods: an interface capturing method in the refined local domain near the injector and a sub-grid method in the coarser global domain in the dispersed spray region. The code has been developed and parallelized in the OpenFOAMR software. It is able to reduce significantly the computational cost of a large eddy simulation of a coaxial atomization, while predicting with accuracy the experimental data
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Mrani, Ibrahim. "Transport de matière en milieu biconstituant élastique : application au séchage du gel d'Agar." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20040.
Full textAbstract:
La premiere partie de ce memoire est consacree a la modelisation de transferts de matiere en milieux biconstituants deformables. Les couplages entre phenomenes de transfert de matiere et phenomenes mecaniques sont mis en evidence dans le cas d'un comportement elastique lineaire et isotrope. Dans la deuxieme partie, est abordee l'etude experimentale du gel d'agar a travers, sa structure interne, ses proprietes hygrometriques et son comportement rheologique. L'analyse des mecanismes internes du transport d'eau dans le gel a ete abordee en vue de valider la loi de transport etablie dans la partie theorique et de mesurer le coefficient de transport. L'etude numerique de la troisieme partie, concerne la deshydratation d'une sphere de gel d'agar. Apres validation, le modele permet d'analyser les transferts de matiere et les contraintes a l'interieur d'un grain spherique au cours du sechage
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Girardin, Mathieu. "Méthodes numériques tout-régime et préservant l'asymptotique de type Lagrange-Projection : application aux écoulements diphasiques en régime bas mach." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066377/document.
Full textAbstract:
Les écoulements diphasiques dans les centrales de type réacteur à eau pressurisée appartiennent à des régimes très variés allant du faible nombre de Mach jusqu'aux ondes de chocs. Calculer des solutions approchées précises de ces écoulements peut s'avérer délicat dans certains régimes. On s'intéresse dans cette thèse à la conception et à l'étude de méthodes numériques robustes et stables à grand pas de temps, capables de calculer des solutions approchées précises quel que soit le régime d'écoulement, y compris sur maillage grossier. Une stratégie pour construire de tels schémas consiste à : utiliser un schéma semi implicite basé sur un splitting d’opérateurs pour séparer la résolution approchée des phénomènes rapides de celles des phénomènes lents ; corriger les flux numériques afin d’améliorer la précision du schéma dans certains régimes. Deux approches sont utilisées pour analyser la capacité du schéma numérique à gérer plusieurs régimes d'écoulement. L’approche des schémas asymptotic preserving est utilisée pour traiter le système de la dynamique des gaz avec termes sources raides. On utilise ensuite la notion de schéma tout-régime pour le système de la dynamique des gaz et les systèmes diphasiques homogénéisés HRM et HEM à bas nombre de Mach. Des propriétés garantissant la stabilité et la robustesse des schémas ont été obtenues, et en particulier des inégalités d'entropie discrètes. L'implémentation de ces méthodes a permis de mener des expériences numériques en 1D et 2D sur maillage non structuré qui confirment le gain en précision et en temps de calcul des schémas asymptotic preserving et tout-régime ainsi construits par rapport à des schémas numériques classiquesTwo-phase flows in Pressurized Water Reactors belong to a wide range of Mach number flows. Computing accurate approximate solutions of those flows may be challenging from a numerical point of view as classical finite volume methods are too diffusive in the low Mach regime. In this thesis, we are interested in designing and studying some robust numerical schemes that are stable for large time steps and accurate even on coarse meshes for a wide range of flow regimes. An important feature is the strategy to construct those schemes. We use a mixed implicit-explicit strategy based on an operator splitting to solve fast and slow phenomena separately. Then, we introduce a modification of a Suliciu type relaxation scheme to improve the accuracy of the numerical scheme in some regime of interest. Two approaches have been used to assess the ability of our numerical schemes to deal with a wide range of flow regimes. The first approach, based on the asymptotic preserving property, has been used for the gas dynamics equations with stiff source terms. The second approach, based on the all-regime property, has been used for the gas dynamics equations and the homogeneous two-phase flows models HRM and HEM in the low Mach regime. We obtained some robustness and stability properties for our numerical schemes. In particular, some discrete entropy inequalities are shown. Numerical evidences, in 1D and in 2D on unstructured meshes, assess the gain in term of accuracy and CPU time of those asymptotic preserving and all-regime numerical schemes in comparison with classical finite volume methods
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Drui, Florence. "Modélisation et simulation Eulériennes des écoulements diphasiques à phases séparées et dispersées : développement d’une modélisation unifiée et de méthodes numériques adaptées au calcul massivement parallèle." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC033/document.
Full textAbstract:
Dans un contexte industriel, l’utilisation de modèles diphasiques d’ordre réduit est nécessaire pour pouvoir effectuer des simulations numériques prédictives d’injection de combustible liquide dans les chambres de combustion automobiles et aéronautiques, afin de concevoir des équipements plus performants et moins polluants. Le processus d’atomisation du combustible, depuis sa sortie de l’injecteur sous un régime de phases séparées, jusqu’au brouillard de gouttelettes dispersées, est l’un des facteurs clés d’une combustion de bonne qualité. Aujourd’hui cependant, la prise en compte de toutes les échelles physiques impliquées dans ce processus nécessite une avancée majeure en termes de modélisation, de méthodes numériques et de calcul haute performance (HPC). Ces trois aspects sont abordés dans cette thèse. Premièrement, des modèles de mélange, dérivés par le principe variationnel de Hamilton et le second principe de la thermodynamique sont étudiés. Ils sont alors enrichis afin de pouvoir décrire des pulsations des interfaces au niveau de la sous-échelle. Des comparaisons avec des données expérimentales dans un contexte de milieux à bulles permettent de vérifier la cohérence physique des modèles et de valider la méthodologie. Deuxièmement, une stratégie de discrétisation est développée, basée sur une séparation d’opérateur, permettant la résolution indépendante de la partie convective des systèmes à l’aide de solveurs de Riemann approchés standards et les termes sources à l’aide d’intégrateurs d’équations différentielles ordinaires. Ces différentes méthodes répondent aux particularités des systèmes diphasiques compressibles, ainsi qu’au choix de l’utilisation de maillages adaptatifs (AMR). Pour ces derniers, une stratégie spécifique est développée : il s’agit du choix de critères de raffinement et de la projection de la solution d’une grille à une autre (plus fine ou plus grossière). Enfin, l’utilisation de l’AMR dans un cadre HPC est rendue possible grâce à la bibliothèque AMR p4est, laquelle a montré une excellente scalabilité jusqu’à plusieurs milliers de coeurs de calcul. Un code applicatif, CanoP, a été développé et permet de simuler des écoulements fluides avec des méthodes de volumes finis sur des maillages AMR. CanoP pourra être utilisé pour des futures simulations d’atomisation liquideIn an industrial context, reduced-order two-phase models are used in predictive simulations of the liquid fuel injection in combustion chambers and help designing more efficient and less polluting devices. The combustion quality strongly depends on the atomization process, starting from the separated phase flow at the exit of the nozzle down to the cloud of fuel droplets characterized by a disperse-phase flow. Today, simulating all the physical scales involved in this process requires a major breakthrough in terms of modeling, numerical methods and high performance computing (HPC). These three aspects are addressed in this thesis. First, we are interested in mixture models, derived through Hamilton’s variational principle and the second principle of thermodynamics. We enrich these models, so that they can describe sub-scale pulsations mechanisms. Comparisons with experimental data in a context of bubbly flows enables to assess the models and the methodology. Based on a geometrical study of the interface evolution, new tracks are then proposed for further enriching the mixture models using the same methodology. Second, we propose a numerical strategy based on finite volume methods composed of an operator splitting strategy, approximate Riemann solvers for the resolution of the convective part and specific ODE solvers for the source terms. These methods have been adapted so as to handle several difficulties related to two-phase flows, like the large acoustic impedance ratio, the stiffness of the source terms and low-Mach issues. Moreover, a cell-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) strategy is considered. This involves to develop refinement criteria, the setting of the solution values on the new grids and to adapt the standard methods for regular structured grids to non-conforming grids. Finally, the scalability of this AMR tool relies on the p4est AMR library, that shows excellent scalability on several thousands cores. A code named CanoP has been developed and enables to solve fluid dynamics equations on AMR grids. We show that CanoP can be used for future simulations of the liquid atomization
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Dupif, Valentin. "Modélisation et simulation de l’écoulement diphasique dans les moteurs-fusées à propergol solide par des approches eulériennes polydispersées en taille et en vitesse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC050/document.
Full textAbstract:
Les gouttes d’oxyde d’aluminium présentes en masse dans l’écoulement interne des moteurs-fusées à propergol solide ont tendance à influerde façon importante sur l’écoulement et sur le fonctionnement du moteur quel que soit le régime. L’objectif de la thèse est d’améliorerles modèles diphasiques eulériens présents dans le code de calcul semi-industriel pour l’énergétique de l’ONERA, CEDRE, en y incluant lapossibilité d’une dispersion locale des particules en vitesse en plus de la dispersion en taille déjà présente dans le code, tout en gardant unestructure mathématique bien posée du système d’équations à résoudre. Cette nouvelle caractéristique rend le modèle capable de traiter lescroisements de trajectoires anisotropes, principale difficulté des modèles eulériens classiques pour les gouttes d’inertie modérément grande.En plus de la conception et de l’analyse détaillée d’une classe de modèles basés sur des méthodes de moments, le travail se concentre sur larésolution des systèmes d’équations obtenus en configurations industrielles. Pour cela, de nouvelles classes de schémas précis et réalisables pourle transport des particules dans l’espace physique et l’espace des phases sont développées. Ces schémas assurent la robustesse de la simulationmalgré différentes singularités (dont des chocs, -chocs, zones de pression nulle et zones de vide...) tout en gardant une convergence d’ordredeux pour les solutions régulières. Ces développements sont conduits en deux et trois dimensions, en plus d’un référentiel bidimensionnelaxisymétrique, dans le cadre de maillages non structurés.La capacité des schémas numériques à maintenir un niveau de précision élevé tout en restant robuste dans toutes les conditions est un pointclé pour les simulations industrielles de l’écoulement interne des moteurs à propergol solide. Pour illustrer cela, le code de recherche SIERRA,originellement conçu durant les année 90 pour les problématiques d’instabilités de fonctionnement en propulsion solide, a été réécrit afin depouvoir comparer deux générations de modèles et de méthodes numériques et servir de banc d’essais avant une intégration dans CEDRE. Lesrésultats obtenus confirment l’efficacité de la stratégie numérique choisie ainsi que le besoin d’introduire, pour les simulations axisymétriques,une condition à la limite spécifique, développée dans le cadre de cette thèse. En particulier, les effets à la fois du modèle et de la méthodenumérique dans le contexte d’une simulation de l’écoulement interne instationnaire dans les moteurs-fusées à propergol solide sont détaillés.Par cette approche, les liens entre des aspects fondamentaux de modélisation et de schémas numériques ainsi que leurs conséquences pour lesapplications sont mis en avantThe massive amount of aluminum oxide particles carried in the internal flow of solid rocket motors significantly influences their behavior.The objective of this PhD thesis is to improve the two-phase flow Eulerian models available in the semi-industrial CFD code for energeticsCEDRE at ONERA by introducing the possibility of a local velocity dispersion in addition to the size dispersion already taken into accountin the code, while keeping the well-posed characteristics of the system of equations. Such a new feature enables the model to treat anisotropicparticle trajectory crossings, which is a key issue of Eulerian models for droplets of moderately large inertia.In addition to the design and detailed analysis of a class of models based on moment methods, the conducted work focuses on the resolution ofthe system of equations for industrial configurations. To do so, a new class of accurate and realizable numerical schemes for the transport ofthe particles in both the physical and the phase space is proposed. It ensures the robustness of the simulation despite the presence of varioussingularities (including shocks, -shocks, zero pressure area and vacuum...), while keeping a second order accuracy for regular solutions. Thesedevelopments are conducted in two and three dimensions, including the two dimensional axisymmetric framework, in the context of generalunstructured meshes.The ability of the numerical schemes to maintain a high level of accuracy in any condition is a key aspect in an industrial simulation of theinternal flow of solid rocket motors. In order to assess this, the in-house code SIERRA, originally designed at ONERA in the 90’s for solidrocket simulation purpose, has been rewritten, restructured and augmented in order to compare two generations of models and numericalschemes, to provide a basis for the integration of the features developed in CEDRE. The obtained results assess the efficiency of the chosennumerical strategy and confirm the need to introduce a new specific boundary condition in the context of axisymmetric simulations. Inparticular, it is shown that the model and numerical scheme can have an impact in the context of the simulation of the internal flow ofsolid rocket motors and their instabilities. Through our approach, the shed light on the links between fundamental aspects of modeling andnumerical schemes and their consequences on the applications
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Franc, Jacques. "Two-phase flow properties upscaling in heterogeneous porous media." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/21684/1/FRANC_Jacques.pdf.
Full textAbstract:
The groundwater specialists and the reservoir engineers share the same interest in simulating multiphase flow in soil with heterogeneous intrinsic properties. They also both face the challenge of going from a well-modeled micrometer scale to the reservoir scale with a controlled loss of information. This upscaling process is indeed worthy to make simulation over an entire reservoir manageable and stochastically repeatable. Two upscaling steps can be defined: one from the micrometer scale to the Darcy scale, and another from the Darcy scale to the reservoir scale. In this thesis, a new second upscaling multiscale algorithm Finite Volume Mixed Hybrid Multiscale Methods (Fv-MHMM) is investigated. Extension to a two-phase flow system is done by weakly and sequentially coupling saturation and pressure via IMPES-like method.
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Peña, Carrillo Juan David. "Étude expérimentale du transfert paroi/fluide dans le cas d’un écoulement vertical vapeur/gouttes dans une géométrie tubulaire." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0193/document.
Full textAbstract:
L’un des accidents de dimensionnement d’un réacteur à eau pressurisée est l’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP). L’évènement initiateur d’un tel accident est une brèche sur le circuit primaire du réacteur entrainant une perte d’inventaire en eau, et de ce fait conduit à un assèchement des assemblages combustibles. En conséquence, une augmentation considérable de la température surviendrait à l’intérieur du cœur du réacteur. Ainsi, les gaines de combustible peuvent éventuellement se déformer et des zones dites ballonnées apparaitre. Ces zones vont avoir un fort impact sur l’efficacité du refroidissement du cœur du réacteur. Pour contribuer à l’étude thermohydraulique d’un APRP, la présente thèse a pour but la caractérisation expérimentale des interactions entre un écoulement diphasique de vapeur/gouttes et une zone partiellement bouchée. Afin de reproduire un tel scénario, le banc expérimental thermohydraulique COLIBRI a été conçu. Plusieurs configurations géométriques de la zone ballonnée, caractéristiques d’un APRP, sont analysées (longueur et taux de bouchage associés au ballonnement). Afin de caractériser les échanges thermiques paroi/fluide ainsi que la dynamique des gouttes, des diagnostics optiques et thermiques sont utilisés : l’Anémométrie Phase Doppler (PDA) pour mesurer le diamètre et la vitesse des gouttes, la Fluorescence Induite par Laser (LIF) pour mesurer la température des gouttes et la Thermographie Infrarouge (IR) afin d’estimer le flux de chaleur extrait du tube par l’écoulement. En parallèle, une modélisation du problème a été développée afin d’obtenir une approche théorique de la capacité de refroidissement de l’écoulement diphasique. Le système d’équations décrivant la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie permettra d’estimer l’impact respectif des différents mécanismes de transferts thermiques mis en jeu ainsi que l’évolution spatio-temporelle des paramètres thermohydrauliquesDuring a Loss of Coolant Accident (LOCA) in a Pressurized Water Reactor (PWR), caused by a break or a leakage on the primary circuit, partial or even complete drying of the fuel assemblies may occur. In these conditions, the fuel temperature increases, leading to a significant deformation and rupture of the fuel rod cladding. The cooling flow might be impaired, according to the size and distribution of the deformed zones within the fuel assemblies during the emergency cooling phase (Reflooding phase). To contribute to the thermalhydraulic study of the reflooding phase, this study aims to characterize experimentally the coolability of a representative deformed sub-channel by a steam-droplets flow under LOCA conditions. In order to reproduce such a scenario, the experimental thermal-hydraulic set-up COLIBRI was designed. Several geometrical blockage configurations are analyzed (Blockage ratios and axial lengths). Three measurement techniques are set up to follow the cooling transient phase of each experience: Phase Doppler Anemometry (PDA) in order to obtain both velocity and diameter of droplets, Laser Induced Fluorescence (LIF) to measure the mean droplet temperature and Infrared thermography to estimate the heat flux removed by the two-phase flow. Additionally, a one-dimensional mechanistic model, taking into account of the heat transfers mechanisms in the post-dry out region, is developed in order to analyze the experimental data and identify each one of the wall-to-fluid heat transfers (radiation with vapor and droplets, convection with vapor, evaporation, and droplet impact)
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Carlier, Julien. "Schémas aux résidus distribués et méthodes à propagation des ondes pour la simulation d’écoulements compressibles diphasiques avec transfert de chaleur et de masse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLY008/document.
Full textAbstract:
Ce travail a pour thème la simulation numérique d’écoulements diphasiques dans un contexte industriel. En effet, la simulation d’écoulements diphasiques est un domaine qui présente de nombreux défis, en raison de phénomènes complexes qui surviennent, comme la cavitation et autres transferts entre les phases. En outre, ces écoulements se déroulent généralement dans des géométries complexes rendant difficile une résolution efficiente. Les modèles que nous considérons font partie de la catégorie des modèles à interfaces diffuses et permettent de prendre en compte aisément les différents transferts entre les phases. Cette classe de modèles inclut une hiérarchie de sous-modèles pouvant simuler plus ou moins d’interactions entre les phases. Pour mener à bien cette étude nous avons en premier lieu comparé les modèles diphasiques dits à quatre équations et six équations, en incluant les effets de transfert de masse. Nous avons ensuite choisi de nous concentrer sur le modèle à quatre équations. L’objectif majeur de notre travail a alors été d’étendre les méthodes aux résidus distribués à ce modèle. Dans le contexte des méthodes de résolution numérique, il est courant d’utiliser la forme conservative des équations de bilan. En effet, la résolution sous forme non-conservative conduit à une mauvaise résolution du problème. Cependant, résoudre les équations sous forme non-conservative peut s’avérer plus intéressant d’un point de vue industriel. Dans ce but, nous utilisons une approche développée récemment permettant d’assurer la conservation en résolvant un système sous forme non-conservative, à condition que la forme conservative soit connue. Nous validons ensuite notre méthode et l’appliquons à des problèmes en géométries complexes. Finalement, la dernière partie de notre travail est dédiée à étudier la validité des modèles à interfaces diffuses pour des applications à des problèmes industriels réels. On cherche alors, en utilisant des méthodes de quantification d’incertitude, à obtenir les paramètres rendant nos simulations les plus vraisemblables et cibler les éventuels développements pouvant rendre nos simulations plus réalistesThe topic of this thesis is the numerical simulation of two-phase flows in an industrial framework. Two-phase flows modelling is a challenging domain to explore, mainly because of the complex phenomena involved, such as cavitation and other transfer processes between phases. Furthermore, these flows occur generally in complex geometries, which makes difficult the development of efficient resolution methods. The models that we consider belong to the class of diffuse interface models, and they allow an easy modelling of transfers between phases. The considered class of models includes a hierarchy of sub-models, which take into account different levels of interactions between phases. To pursue our studies, first we have compared the so-called four-equation and six-equation two-phase flow models, including the effects of mass transfer processes. We have then chosen to focus on the four-equation model. One of the main objective of our work has been to extend residual distribution schemes to this model. In the context of numerical solution methods, it is common to use the conservative form of the balance law. In fact, the solution of the equations under a non-conservative form may lead to a wrong solution to the problem. Nonetheless, solving the equations in non-conservative form may be more interesting from an industrial point of view. To this aim, we employ a recent approach, which allows us to ensure conservation while solving a non-conservative system, at the condition of knowing its conservative form. We then validate our method and apply it to problems with complex geometry. Finally, the last part of our work is dedicated to the evaluation of the validity of the considered diffuse interface model for applications to real industrial problems. By using uncertainty quantification methods, the objective is to get parameters that make our simulations the most plausible, and to target the possible extensions that can make our simulations more realistic
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Ovsyannikov, Andrey. "Nouveau développement de la méthode Level Set sur la base d'une équation modifiée de suivi d'interface." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2013. http://www.theses.fr/2013ECDL0013/document.
Full textAbstract:
Pas de résuméThe level set method was introduced by Osher & Sethian (1988) as a general technique to capture moving interfaces. It has been used to study crystal growth, to simulate water and fire for computer graphics applications, to study two-phase flows and in many other fields. The wellknown problem of the level set method is the following: if the flow velocity is not constant, the level set scalar may become strongly distorted. Thus, the numerical integration may suffer from loss of accuracy. In level set methods, this problem is remedied by the reinitialization procedure, i.e. by reconstruction of the level set function in a way to satisfy the eikonal equation. We propose an alternative approach. We modify directly the level set equation by embedding a source term. The exact expression of this term is such that the eikonal equation is automatically satisfied. Furthermore on the interface, this term is equal to zero. In the meantime, the advantage of our approach is this: the exact expression of the source term allows for the possibility of derivation of its local approximate forms, of first-and-higher order accuracy. Compared to the extension velocity method, this may open the simplifications in realization of level set methods. Compared to the standard approach with the reinitialization procedure, this may give the economies in the number of level set re-initializations, and also, due to reduced number of reinitializations, one may expect an improvement in resolution of zero-set level. Hence, the objective of the present dissertation is to describe and to assess this approach in different test cases
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Beltzung, Thibaud. "Simulation et modélisation des interactions fluide-structure en écoulements diphasiques Parallel geothermal numerical model with fractures and multi-branch wells." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLV052.
Full textAbstract:
Les générateurs de vapeur (GV) sont l’un des com-posants majeurs des réacteurs nucléaires, et une connaissanceapprofondie de leur comportement constitue un enjeu indus-triel important aussi bien pour le concepteur AREVA-NP quepour l’exploitant EDF. Une des problématiques rencontréespour le dimensionnement des GV concerne la vibration destubes induite par l’écoulement, ce qui nécessite une évalua-tion raisonnable de la réponse des tubes à l’excitation généréepar l’écoulement. La zone identifiée comme la plus critique estla région en U (partie haute du GV) où l’écoulement est dipha-sique avec un fort taux de vide et interagit plutôt transversa-lement avec les tubes. Afin d’évaluer les excitations généréessur les tubes par les fluctuations inhérentes à l’écoulement, lesparamètres physiques pertinents doivent être identifiés. Pourles écoulements monophasiques, il semble possible de relier lesefforts sur les structures tubulaires au niveau de turbulence del’écoulement à la fois en utilisant des méthodes de réductiondes données expérimentales mais également en utilisant desméthodes de simulations numériques. Pour les écoulementsdiphasiques, les forces induites sur les tubes par l’écoulementont a priori une autre origine et seraient plutôt liées aux contri-butions dynamiques de chaque phase ainsi qu’aux transfertsinterfaciaux. Néanmoins, les paramètres physiques pertinentsqui permettent de prévoir l’amplitude de ces forces restentlargement débattus (taux de vide, régime d’écoulement, etc.)et les mécanismes physiques mal compris. Pour étudier cesinstabilités vibratoires lorsque l’écoulement est diphasique, uncertain nombre d’expériences analytiques ont été et continuentà être menées au CEA. Ces expériences analytiques portentsur un tube isolé ou en faisceau, rigide ou flexible, et sur unelarge gamme de régimes d’écoulement (maquettes AMOVI etDIVA du CEA). Leur objectif est de caractériser ces instabili-tés vibratoires (mesure des forces exercées sur l’obstacle) enfonction de paramètres globaux de l’écoulement (débit gaz,débit liquide, taux de vide ”moyen”, etc.) mais aussi de cer-tains paramètres locaux (taux de vide local, taille des bulles,vitesse gaz, etc.). Ces paramètres mesurés ou estimés loca-lement sont ceux qui permettent d’obtenir les adimensionne-ments les plus pertinents à la fois sur les forces d’excitationsaléatoires (spectres d’excitation en diphasique sur tube rigide)et sur les forces de couplage fluide-élastiques (tube flexible seulpuis en faisceau). Il reste néanmoins une bande de dispersionsur les résultats obtenus, les mécanismes physiques sont malcompris et ces adimensionnements restent tributaires du choixde la localisation des mesures. L’objectif de la thèse est doncde mettre en oeuvre des simulations numériques avec suivid’interface dans des configurations proches de celles des ex-périences analytiques menées au CEA afin d’approfondir l’ana-lyse des phénomènes conduisant aux vibrations des tubes deGVSteam generators are a key component of nuclear power reactors, and an in-depth knowledge of their mechanisms is a major industrial challenge for the designer AREVA-NP and the operator EDF. Vibration of tube bundles induced by cross-flow is one of the problems encountered by the designer, thus needing to assess the vibration response to the excitation generated by the flow. The critical region is the U shape of the bundle (upper part of the steam generator), where two-phase cross-flow occurs with an important void fraction. In order to measure excitation induced by flow fluctuations on the tube bundle, some physical parameters have to be identified. For single-phase flows, it seems possible to link load on tubular structure to turbulence intensity of the flow, thanks to experimental data reduction methods together with numerical simulation methods. For two-phase flows, it is believed that forces induced on the tubes by the flow have other origins, and might be connected to dynamic contribution of each phase together with interfacial transfers. Nevertheless, relevant physical parameters which could predict the amplitude of the forces remain a subject of debate (void fraction, flow regime, etc.) and physical processes not yet fully understood. In order to study mechanical instabilities in two-phase flows, some analytic experiments a have been and continue to be conducted at CEA. These analytic experiments focuses on isolated tube or tube bundles (rigid or flexible), and on a large regime flow range (AMOVI and DIVA mockups at CEA). They aim to describe these mechanical instabilities (forces measurement on the obstacle) based upon average parameters of the flow (gas and liquid flow rates, "mean" void fraction, etc.), but also local parameters (local void fraction, bubble size, gas velocity, etc.). These measured or locally estimated parameters are used to conduct relevant nondimensionalization, both on the random excitation forces (two-phase excitation spectrum on a rigid tube) and the fluid-elastic coupling forces (single flexible tube or flexible bundle). Nonetheless, some dispersion remains on the results, physical mechanisms are not well understood, and the nondimensionalization process remains dependent on metrology. The aim of this PhD thesis is to conduct numerical simulations with front tracking in configurations close to the experiments conducted at CEA in order to expand the knowledge on phenomena leading to vibration of tube bundle in steam generators
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Pelletier, Milan. "Diffuse interface models and adapted numerical schemes for the simulation of subcritical to supercritical flows." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC059/document.
Full textAbstract:
Au cours de l’utilisation de certains systèmes propulsifs, tels que les moteurs fusées cryotechniques ou les moteurs Diesel, le point de fonctionnement peut varier sur une large plage de pressions. Ces variations de pression peuvent conduire à un changement de régime thermodynamique si la pression critique du fluide est franchie, l’injection initialement diphasique devenant alors transcritique. Ce changement modifie la topologie de l’écoulement, ainsi que la dynamique du mélange, ce qui impacte le comportement de la flamme. L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie originale capable de traiter au sein du même solveur des écoulements sous-critiques ainsi que supercritiques. Pour cela, une extension du solveur AVBP-RG aux écoulements diphasiques sous-critiques est proposée, basée sur des modèles d’interface diffuse. Les développements nécessaires à l’intégration de ces modèles dans le cadre du solveur aux éléments finis sont effectués. Des simulations numériques multidimensionnelles sont ensuite proposées de manière à confronter le modèle à des données exprérimentales, vis-à-vis desquelles un bon accord est observé. Cesrésultats offrent des perspectives encourageantes vers de futures améliorations du modèle et des applications à des configurations industrielles complexesIn various industrial combustion devices, such as liquid rocket engines at ignition or Diesel engines during the compression stage, the operating point varies over a wide range of pressures. These pressure variations can lead to a change of thermodynamic regime when the critical pressure is exceeded, switching from two-phase injection to transcritical injection. This change modifies the topology of the flow and the mixing, thereby impacting the flame dynamics. The objective of the present Ph.D thesis is to develop an original methodology able to address both subcritical and supercritical flows within the same solver. To achieve this, an extension of the real gas solver AVBP-RG to subcritical two-phase flows is provided, based on diffuse interface models. The required developments for the integration of such models into the finite-element framework of the solver are provided. Multidimensional numerical simulations are led in order to confront the model with experimental data, with which good agreement is observed. These results offer encouraging perspectives regarding further enhancements of the model and applications to complex industrial cases
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Dorogan, Kateryna. "Schémas numériques pour la modélisation hybride des écoulements turbulents gaz-particules." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00820978.
Full textAbstract:
Les méthodes hybrides Moments/PDF sont bien adaptées pour la description des écoulements diphasiques turbulents, polydispersés, hors équilibre thermodynamique. Ces méthodes permettent d'avoir une description assez fine de la polydispersion, de la convection et des termes sources non-linéaires. Cependant, les approximations issues de telles simulations sont bruitées ce qui, dans certaines situations, occasionne un biais. L'approche alternative étudiée dans ce travail consiste à coupler une description Eulerienne des moments avec une description stochastique Lagrangienne à l'intérieur de la phase dispersée, permettant de réduire l'erreur statistique et d'éliminer le biais. La mise en oeuvre de cette méthode nécessite le développement de schémas numériques robustes. Les approches proposées sont basées sur l'utilisation simultanée des techniques de relaxation et de décentrement, et permettent d'obtenir des approximations stables des solutions instationnaires du système d'équations aux dérivées partielles, avec des données peu régulières provenant du couplage avec le modèle stochastique. Une comparaison des résultats de la méthode hybride Moments-Moments/PDF avec ceux issus de la méthode hybride ''classique'' est présentée en termes d'analyse des erreurs numériques sur un cas de jet co-courant gaz-particules.