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Dissertations / Theses on the topic 'Ecoulement fluides incompressibles'
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Bresch, Didier. "Sur les fluides incompressibles : ecoulement en eau peu profonde, estimations d'energie, fluides non newtoniens." Clermont-Ferrand 2, 1997. http://www.theses.fr/1997CLF21982.
Full textAbstract:
Cette these, consacree essentiellement a l'etude de problemes lies aux fluides incompressibles, est composee de quatre parties. Ecoulements geophysiques. On effectue la modelisation, l'analyse mathematique et la simulation numerique d'un ecoulement regi par les equations de navier-stokes stationnaires avec adherence au fond, traction par le vent en surface et force de coriolis dans un domaine dont la profondeur est petite devant la largeur. On obtient des modeles 3d gouvernes par des equations 2d sur la surface, avec des poids traduisant l'influence du relief. Estimations d'energie : existence et decroissance exponentielle. On etablit l'existence de solutions des equations de navier-stokes stationnaires dans un demi-espace qui sont periodiques dans les directions paralleles au bord et qui decroissent exponentiellement avec la distance au bord. Encadrement de la trainee. On donne un encadrement de la trainee hydrodynamique pour un corps sans epaisseur se deplacant a vitesse constante en regime de stokes. Fluides non newtoniens. Par des decouplages convenablement choisis et par point fixe de schauder, on etablit des resultats d'existence et d'unicite pour les fluides de grade 2 et 3 en stationnaire et evolution pour des domaines seulement de classe c#2. Variations de domaine. On donne un contre-exemple de non conservation de la regularite du domaine par des variations normales.
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Schneider, Lauriane. "Développement d'un modèle numérique pour l'écoulement triphasique de fluides incompressibles." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAH002/document.
Full textAbstract:
La modélisation des hydrosystèmes souterrains est devenue un outil crucial dans la gestion des ressources d'eaux souterraines ainsi que pour la surveillance des sites contaminés. L'objectif de ce travail de thèse est de modéliser l'écoulement d'une phase non-aqueuse liquide dense (DNAPL) dans les sols, et de développer un code pour la simulation des écoulements triphasiques de fluides incompressibles en milieux poreux. Le modèle mathématique pour les écoulements multiphasiques de fluides en milieux poreux est généralement constitué d'une équation de pression et de deux équations de saturation. Notre approche est fondée sur une formulation en pression globale : elle permet un découplage partiel des équations de pression et de saturations, et elle est plus efficace en termes de résolution numérique. Le nouveau modèle est discrétisé selon un schéma IMPES. Dans ce travail de thèse, la méthode des Eléments Finis Discontinus de Galerkine est combinée à un schéma de Godunov généralisé pour la résolution de la partie convective de l'équation de saturation. Un écoulement diphasique non miscible avec effets gravitaires importants et sans capillarité a été simulé. Une analyse fonctionnelle démontre que le profil de saturation de la phase non-aqueuse entrante dépend essentiellement du rapport de la vitesse totale sur la différence de densité entre la phase non aqueuse et l'eau. Le code développé a permis de simuler un drainage gravitaire à grande échelle. Enfin, un modèle numérique non-linéaire d'écoulement triphasique de fluides utilisant la Méthode des Lignes est introduit. Les causes d'oscillations instables du système en zone elliptique sont examinées. Des méthodes de relaxation et la construction d'un modèle de perméabilités relatives vérifiant la condition de Différentielle Totale sont envisagéesNumerical simulation has become a crucial tool in addressing water-resource management and other environmental problems such as polluted sites monitoring. The aim of this work is to model the flow of a dense non aqueous phase liquid (DNAPL) in the subsurface by developing a numerical code to simulate three-phase (DNAPL, water, and gas), incompressible flow in porous media. The mathematical model for multiphase flow in porous media is generally composed of a system of one pressure and two saturation equations. Our approach is based on a global pressure model : it leads to a partial decoupling of the pressure and the saturation equation and is more efficient from the computational point of view. The new model is discretized by a Mixed Hybrid Finite Elements Method (MHFEM), Discontinuous Galerkin Finite Elements (DGFEM), IMPES resolution method. In this work, the DGFEM scheme is combined with a generalised Godunov scheme to solve the convective part of the saturation equation. An immiscible two-phase flow with predominant gravity effects and whithout capillary effects has been modelled. It has been shown that the saturation profile of a displacing non-aqueous phase liquid (NAPL) in an initially water-saturated porous medium depends strongly on the ratio between the total specific discharge and the density difference between the NAPL and water. The 2D-code enabled a simulation of a large-scale gravity drainage. Finally, a non-linear three-phase 1D flow formulation using Method of Lines (MOL) has been introduced. Unstable oscillatory behavior of the system when the initial state are in the elliptic region of the ternary diagram is examined. Non-equilibrium formulation and construction of relative permeability model satisfying the Total-Differential are foreseen
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Guaus, Anaïs. "Analyse linéaire des instabilités dans les écoulements incompressibles à parois courbes compliantes." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/203/.
Full textAbstract:
Une paroi compliante est une paroi suffisamment flexible pour se déformer sous l'action des efforts exercés par un écoulement. Il est maintenant avéré que, en présence d'une paroi compliante, la stabilité d'un écoulement peut être considérablement modifiée par rapport au cas où la paroi est rigide. En particulier, la déstabilisation des ondes de Tollmien-Schlichting peut être retardée. Cette étude traite de la stabilité linéaire de deux configurations d'écoulements en présence de parois courbes compliantes : l'écoulement dans un canal courbe et l'écoulement de Taylor-Couette. Ces deux écoulements sont soumis à un mécanisme d'instabilité centrifuge entraînant l'apparition de paires de tourbillons contrarotatifs. Les parois compliantes sont modélisées comme des coques flexibles reliées à une base rigide par un ensemble de ressorts et d'amortisseurs en adaptant un modèle classiquement utilisé pour des parois planes. En complément de l'étude de stabilité linéaire à travers la résolution numérique d'un problème aux valeurs propres, une analyse asymptotique de la stabilité de l'écoulement en canal courbe est menée dans la limite des perturbations transverses de grande longueur d'onde. Les résultats montrent que seules des parois très flexibles ont une influence sur la stabilité des tourbillons. Cette influence est déstabilisante et joue essentiellement sur les perturbations de grande longueur d'onde. La flexibilité des parois autorise le développement de quatre modes hydroélastiques dont l'instabilité peut précéder l'apparition de l'instabilité centrifuge. De plus, des échanges entre les modes hydroélastiques et centrifuges stables sont observésA compliant wall is a wall that is flexible enough to be deformed by the stress created by a flow. It is now proven that the stability of a flow over a compliant wall can be considerably modified compared with the rigid-wall case. In particular, the destabilization of Tollmien-Schlichting waves, responsible for the transition to turbulence when the flow is only weakly perturbed, can be delayed. In this study, the linear stability of two flow configurations containing curved compliant walls, a curved channel flow and a Taylor-Couette flow, has been investigated. Both flows are exposed to a centrifugal instability mechanism which promotes the apparition of contra-rotative vortices. At the moment there are very few studies concerning the influence of compliant walls on the centrifugal instabilité mechanisms. The compliant walls are modelled as thin cylindrical shells supported by a rigid outer frame through arrays of springs and dampers; this is often referred to as Kramer-type coating. In addition to the numéral resolution of an eigenvalue problem, an asymptotical study of the flow stability in the curved channel has been performed for the case of large-wavelength transverse perturbations. Results show that only very flexible walls have an influence on the flow stability, mainly by destabilizing the large-wavelength perturbations. The generation of four hydroelastic modes is allowed by wall compliance where these instabilities can precede the centrifugal one. Additionally, exchanges between stable hydroelastic and centrifugal modes have been observed
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Ismail, Mourad. "Méthode de la frontière élargie pour la résolution de problèmes elliptiques dans des domaines perforés : application aux écoulements fluides tridimensionnels." Phd thesis, Paris 6, 2004. https://theses.hal.science/tel-00006401.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est, d'une part l'analyse mathématique de la méthode de la frontière élargie (The Fat Boundary Method, F.B.M.), et d'autre part, son adaptation à la simulation numérique des écoulements fluides tridimensionnels incompressibles dans des géométries complexes (domaines perforés). Dans un premier temps, nous nous plaçons dans le cadre de problèmes elliptiques modèles de type Poisson ou Helmholtz posés dans un domaine perforé (typiquement un domaine parallélépipédique contenant des obstacles sphériques). En utilisant la F.B.M., le problème initial est remplacé par une résolution dans le domaine non perforé permettant l'utilisation d'un maillage cartésien, offrant ainsi un cadre approprié pour l'utilisation de solveurs rapides. Nous effectuons donc l'analyse mathématique de la F.B.M., notamment la convergence et l'estimation d'erreur dans ce cadre particulier. Les résultats théoriques ainsi obtenus sont également illustrés par des tests numériques. La deuxième partie est dédiée à l'application de ces outils pour la simulation numérique d'écoulements fluides incompressibles tridimensionnels. La stratégie adoptée consiste à discrétiser les équations de Navier-Stokes en combinant la F.B.M. (pour la discrétisation spatiale), un schéma de projection (pour la discrétisation temporelle) et la méthode des caractéristiques (pour le traitement du terme convectif). Nous présentons ainsi plusieurs simulations numériques tridimensionnelles correspondant aux écoulements fluides en présence d'obstacles fixes et mobiles (mouvements imposés).
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Ismail, Mourad. "Méthode de la frontière élargie pour la résolution de problèmes elliptiques dans des domaines perforés : application aux écoulements fluides tridimensionnels." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006401.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est, d'une part l'analyse mathématique de la méthode de la frontière élargie (The Fat Boundary Method, F.B.M.), et d'autre part, son adaptation à la simulation numérique des écoulements fluides tridimensionnels incompressibles dans des géométries complexes (domaines perforés). Dans un premier temps, nous nous plaçons dans le cadre de problèmes elliptiques modèles de type Poisson ou Helmholtz posés dans un domaine perforé (typiquement un domaine parallélépipédique contenant des obstacles sphériques). En utilisant la F.B.M., le problème initial est remplacé par une résolution dans le domaine non perforé permettant l'utilisation d'un maillage cartésien, offrant ainsi un cadre approprié pour l'utilisation de solveurs rapides. Nous effectuons donc l'analyse mathématique de la F.B.M., notamment la convergence et l'estimation d'erreur dans ce cadre particulier. Les résultats théoriques ainsi obtenus sont également illustrés par des tests numériques. La deuxième partie est dédiée à l'application de ces outils pour la simulation numérique d'écoulements fluides incompressibles tridimensionnels. La stratégie adoptée consiste à discrétiser les équations de Navier-Stokes en combinant la F.B.M. (pour la discrétisation spatiale), un schéma de projection (pour la discrétisation temporelle) et la méthode des caractéristiques (pour le traitement du terme convectif). Nous présentons ainsi plusieurs simulations numériques tridimensionnelles correspondant aux écoulements fluides en présence d'obstacles fixes et mobiles (mouvements imposés).
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Oguic, Romain. "Une méthode multidomaine parallèle pour les écoulements incompressibles en géométries cylindriques : applications aux écoulements turbulents soumis à la rotation." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4343.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l’étude d’écoulements incompressibles soumis à la rotation avec un solveur haute précision dans des géométries semi-complexes. La technique numérique mise en œuvre combine des schémas compacts, une méthode de projection multi domaine directe et un traitement efficace de la singularité à l’axe basé sur des conditions de parité dans l’espace de Fourier. Le solveur a été parallélisé avec une approche hybride MPI-OpenMP pour réduire les temps de calcul. Dans un premier temps, les précisions spatiales et temporelles de la méthode numérique et la scalabilité du solveur ont été vérifiées. La capacité du solveur à traiter des écoulements plus complexes a été évaluée en considérant des écoulements de type éclatement tourbillonnaire et un écoulement turbulent en conduite cylindrique. Dans un second temps, plusieurs écoulements typiques des machines tournantes ont été étudiés. Le premier écoulement est un écoulement turbulent incompressible isotherme dans un étage simplifié d’un compresseur haute pression d’une turbine à gaz. Les simulations menées ont mises en évidence l’effet de la rotation sur l’écoulement, notamment sur les instabilités se développant le long des parois et sur les différentes structures cohérentes. Le second cas traité est un écoulement turbulent de jet impactant un disque en rotation avec un fort confinement et transfert thermique. Une attention particulière a été portée sur les champs hydrodynamiques et thermique le long du rotor. Enfin, une étude préliminaire d’un jet turbulent impactant un disque fixe d’épaisseur non nulle dans une configuration moins contrainte avec prise en compte du couplage conduction-convection a été réaliséeThis work deals with the study of rotating incompressible flows with a high accurate solver in semi complex geometries. The numerical method used in this work combines compact schemes, a direct multidomain projection method and an efficient axis treatment based on parity conditions in Fourier space. The use of cylindrical coordinates introduces this mathematical singularity. In order to reduce the calculation time, the solver was parallelized with an hybrid MPI-OpenMP parallelization. First, the spatial and temporal accuracies of the numerical method and the scalability of the solver were checked. Then, the capability of the algorithm to deal with more complex flows was verified. Vortex breakdown flows and turbulent pipe flow were studied. In the second step, typical flows of turbomachineries and rotating systems were considered. The first flow was an incompressible isothermal turbulent flow in a high pressure compressor of gas turbine. The different simulations highlighted the rotation effects on the flows, especially on the instabilities appearing along the walls and the coherent structures. The second considered flow was a turbulent impinging jet on a rotating disk with heat transfer in a small aspect ratio cavity. The hydrodynamic fields and heat transfer near the rotor were analyzed in detail. Finally, a preliminary investigation of an impinging jet on a non-rotating disk in a larger aspect ratio cavity with a coupling between conduction and convection transfer was carried out
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PONSONNAILLE, OLIVIER. "Ecoulement permanent d'un fluide incompressible entre deux cones solidaires en rotation." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112345.
Full textAbstract:
L'ecoulement entre deux cones a ete largement considere pour une meilleure comprehension des performances des centifugeuses du type a assiettes utilisees dans differents domaines industriels et pharmaceutiques. La plupart des travaux theoriques ont cherche les solutions de l'ecoulement entre deux cones en rotation soit en linearisant les equations de navier stokes soit en effectuant des approximations basees sur l'analyse des differents nombres sans dimension caracterisant l'ecoulement (tels que les nombres de reynolds, taylor, rossby et ekman). Dans cette etude, les equations completes de navier stokes sont considerees pour un tel ecoulement et les solutions sont trouvees en postulant que les composantes du champ de vitesse et la pression inconnues s'ecrivent sous la forme d'un developpement en serie de fonctions. Les trois composantes du champ de vitesse ainsi que la pression ont ete determinees. Des experiences ont ete conduites dans le but de valider les solutions analytiques. Les mesures des composantes axiale et tangentielle de vitesse par anemometrie laser a effet doppler sont en tres bon accord avec les resultats theoriques correspondants.
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Sapa, Bertrand. "Contribution à l'extension d'un schéma incompressible pour les flammes à bas nombre de Froude." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0004.
Full textAbstract:
Une première approche de la simulation des incendies est menée à l'aide du code CFD d'EDF R&D Code_Saturne. Une extension de son schéma incompressible et une adaptation des conditions limites libres sont développées afin de traiter des flammes à bas nombre de Froude instationnaires et dominées par la convection naturelle grâce à une modélisation URANS. La turbulence est traitée à l'aide d'un modèle k − ε tenant compte de la gravité. La combustion est traitée à l'aide d'une réaction globale infiniment rapide et l'interaction avec la turbulence par une approche statistique présumant une fonction densité de probabilité. L'équation des transferts radiatifs est résolue à l'aide de la méthode des ordonnées discrètes. Les propriétés radiatives du milieu sont estimées à l'aide d'un modèle à larges bandes. Le modèle semi-empirique utilisé pour les suies tient compte des processus de nucléation, croissance, agglomération et oxydation. Le modèle est appliqué à des panaches thermiques et d'hélium, configurations proches des feux. Le gain minime apporté par les fermetures testées sur le modèle de turbulence suggère que le calcul des flux turbulents scalaires est plus important. En revanche, le gain lié au schéma faiblement compressible est considérable. Le modèle est ensuite appliqué à deux types de feu. Sur le feu de nappe, un maillage fin est nécessaire pour pallier un défaut de turbulence et obtenir une bonne prédiction sur les grandeurs caractéristiques. Cette conclusion est modérée par les résultats obtenus sur le feu de compartiment pour lequel les prédictions sont raisonnables malgré les maillages grossiers utilisés, le rayonnement des fumées et des parois ayant une forte influenceAs a first step for fire simulation, an extension of the incompressible scheme and adaptations for the free boundary limits have been developed in Code_Saturne, EDF R&D's fluid mechanic software. This numerical approach is aimed to handle unsteady low Froude number flames dominated by natural convection. The turbulence model is a k − ε with gravity effects. The combustion model uses an infinitely fast one-step reaction with a presumed probability density function. The radiative transfer equation is solved with the discrete ordinates method. The radiative properties are computed thanks to a wide band model. Nucleation, growth, agglomeration and oxidation of soot are treated with a semi-empirical model. The model was applied to steady thermal plumes and a helium plume, configurations closed to fire. Benefits from tested closures on buoyant production term are negligible and suggest that closure of turbulent fluxes is more important. However, benefits from the weakly compressible scheme is significant, in particular on unsteady behaviour. The computed, time-averaged velocity and temperature profiles are compared with experimental data, and a relatively good agreement is attained. Then the model was applied to a pool fire and a compartment fire. With the pool fire, using a fine mesh is needed to balance a lack of turbulence production and get a good prediction on fire characteristics. This conclusion is moderate for the compartment fire. Although the mesh used is coarse, the predictions are reasonable, due to the strong influence of radiation from smoke and walls
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BELDI, ABDENNACER. "Etude de la deformation d'une capsule quasi-spherique placee dans un ecoulement instationnaire de fluide visqueux incompressible." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066533.
Full textAbstract:
Dans notre memoire, on a etudie les vibrations d'une capsule initialement spherique, et constituee d'une membrane contenant une goutte de liquide visqueux et placee dans un milieu fluide illimite. L'approche utilisee est une approche analytique. L'etude faite concerne le cas ou le rapport des forces d'origine visqueuse sont tres faibles devant les forces d'origine elastique liees a la membrane. Ce support caracterise par un nombre adimensionnel est un parametre de perturbation reguliere et le probleme considere a ete etudie avec deux premiers ordres d'approximation. Une etude semblable a ete faite dans le cas d'une goutte
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Mohamed, Ali Debyaoui. "Contribution à la modélisation mathématique et numérique pour des modèles d'écoulement non-linéaires dispersifs en eaux peu profondes." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2020. http://www.theses.fr/2020TOUL0002.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation et l'analyse mathématique de modèles asymptotiques utilisés en océanographie et décrivant la propagation des ondes longues.L'objectif de cette thèse est de construire et de justifier de nouveaux modèles asymptotiques en tenant compte de la variation de la topographie et de la section transversale.Pour ce faire, plusieurs hypothèses sont formulées sur la profondeur de l'eau et les déformations de la section transversale. La première partie de cette thèse consiste à mettre le problème en équations et à trouver des modèles asymptotiques et à les étudier mathématiquement, voir l'analyse linéaire de la dispersion et de shoaling.Dans la deuxième partie, un modèle unidimensionnel des ondes longues, moyennées par section, est développé. Des équations tridimensionnelles du mouvement des fluides non visqueux et incompressibles sont d'abord intégrées sur une section transversale du canal, ce qui donne les équations de type SGN. Le nouveau modèle est donc adéquat pour décrire des ondes fortement non linéaires et faiblement dispersives le long d'un canal de section transversale arbitraire et non uniforme. Plus précisément, le nouveau modèle étend le modèle de Saint-Venant à moyenne de section et généralise les équations de Serre-Green-Naghdi à toute section.Ce nouveau modèle a été reformulé d'une manière plus appropriée pour la résolution numérique en conservant le même ordre de précision que l'original et en améliorant ses propriétés de dispersion. Enfin, nous présentons quelques simulations numériques pour étudier l'influence du changement de section sur la propagation d'une onde solitaire.La dernière partie de cette thèse est consacrée à la simulation numérique du modèle SGN avec une nouvelle reformulationThis work focuses on the modeling and mathematical analysis of asymptotic models used in oceanography describing long wave propagation.This thesis aims to derive and justify new asymptotic models taking into account the variation in topography and cross-section.To do so, several hypotheses are formulated on water depth and cross-sectional deformations. The first part of this thesis is to put the problem into equations, and to find asymptotic models and study them mathematically, see the linear analysis of dispersion and shoaling.In the second part, a one-dimensional model of section-averaged long waves is developed. Three-dimensional equations of motion of non-viscous and incompressible fluids are first integrated over a cross-section of the channel, resulting in the SGN-type equations. Therefore, the new model is adequate to describe fully non-linear and weakly dispersive waves along a channel of an arbitrary and non-uniform cross-section. Specifically, the new model extends the Saint-Venant model to cross-section mean and generalizes the Serre-Green-Naghdi equations to any cross-section.This new model has been reformulated in a way more appropriate for numerical resolution by maintaining the same order of accuracy as the original and improving its propertiesof dispersion. Finally, we present some numerical simulations to study the influence of the change of section on the propagation of a solitary wave.The last part of this thesis is devoted to the numerical simulation of the SGN model with a new reformulation
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DE, JOUETTE CALM CHRISTINE. "Developpement d'une methode de pseudo-compressibilite pour le calcul des ecoulements de fluide incompressible applications aux ecoulements instationnaires en presence d'une surface libre." Nice, 1994. http://www.theses.fr/1994NICE4804.
Full textAbstract:
Une methode de pseudo-compressibilite est developpee pour resoudre les equations stationnaires d'euler ou de navier-stokes de fluide incompressible. Plusieurs formulations pseudo-instationnaires conservatives, conduisant a des systemes hyperboliques dans le cas de fluides non visqueux, ont ete etudiees et leurs performances comparees sur des calculs d'ecoulements autour de profils. La methode de resolution du systeme pseudo-instationnaire retenu est caracterisee par une discretisation centree en espace, de type volumes finis, des termes de viscosite artificielle, un schema de runge-kutta applique au pseudo-temps. Cette methode est ensuite etendue au calcul d'ecoulements instationnaires, en presence d'une surface libre. Une methode de deformation de maillage, basee sur une fonction hauteur, permet un suivi non lineaire de cette surface. Le caractere hyperbolique du systeme pseudo-instationnaire autorise un traitement des frontieres du domaine de calcul au moyen des relations de compatibilite que l'on complete par differentes conditions aux limites. Un code de calcul a ete concu pour etudier des ecoulements tridimensionnels, mais sa validation ne concerne que des applications bidimensionnelles
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Leroy, Annie. "Une methode generale de calcul des systemes portants et/ou propulsifs minces (fluide parfait incompressible en ecoulement instationnaire)." Orléans, 1997. http://www.theses.fr/1997ORLE2018.
Full textAbstract:
Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre de l'etude d'ecoulements tridimensionnels instationnaires de fluide parfait incompressible autour de systemes aerodynamiques deformables, en mouvement arbitraire, de type aile, pale d'helicoptere, helice. . . La prise en compte de l'emission et de l'evolution de la nappe tourbillonnaire representant le sillage libre est importante dans la mise au point d'une methode destinee a l'etude de tels ecoulements. Pour aborder ce probleme, certaines methodes traitent le sillage a l'aide d'une distribution surfacique d'anneaux tourbillonnaires, d'autres a l'aide d'un modele de particules tourbillonnaires. Ces methodes reposent davantage sur un raisonnement a priori numerique que sur des fondements theoriques precis. En rejoignant le concept de particules tourbillonnaires pour le sillage, nous etablissons une formulation theorique complete de ce probleme en utilisant la theorie des sillages instationnaires de mudry. La nappe tourbillonnaire est consideree comme une couche mediane, caracterisee par une parametrisation mobile, decrivant sa geometrie et sa cinematique, et une densite tourbillonnaire associee decrivant son intensite. Ces deux fonctions fondent le concept de particules tourbillonnaires. Les equations gouvernant le probleme sont issues de l'application de la condition de glissement sur la surface portante, d'une formulation explicite de la condition de joukowsky en son bord de fuite et de la condition de liberte des particules tourbillonnaires du sillage. La numerisation des equations permet de realiser un code de calcul. Le fait qu'il soit le resultat d'une analyse theorique rigoureuse permet d'obtenir des performances interessantes du point de vue numerique et couts de calcul. Il predit les efforts aerodynamiques s'exercant sur le systeme et permet de suivre l'evolution geometrique du sillage. Nous presentons en particulier un cas de calcul complexe d'ailes battantes deformables.
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Djati, Nabil. "Study of interface capturing methods for two-phase flows." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI052/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée au développement et à la comparaison des méthodes de suivi d'interface pour les écoulements diphasiques incompressibles. Elle s'intéresse à la sélection de méthodes robustes de suivi d'interface, puis à leur couplage avec le solveur des équations de Navier-Stokes. La méthode level-set est en premier lieu étudiée, en particulier l'influence du schéma d'advection et de l'étape de réinitialisation sur la qualité des résultats du suivi d'interface. Il a été montré que la méthode de réinitialisation avec contrainte de volume est robuste et précise en combinaison avec des schémas conservatifs WENO d'ordre 5 pour l'advection. Il a été constaté que les erreurs du suivi d'interface augmentent de manière abrupte lorsque la condition CFL est trop petite. Comme remède, la réinitialisation du champ level-set effectuée moins souvent réduit la diffusion numérique et le déplacement non-physique de l'interface. La conservation de la masse n'est pas assurée avec les méthodes level-set. Les méthodes VOF (volume-of-fluid) qui conservent naturellement la masse du fluide de référence sont alors étudiées. Une résolution géométrique avec un schéma consistent et conservatif est alors adoptée, ainsi qu'une autre technique alternative plus aisément extensible en 3D. Il a été trouvé que ces deux dernières méthodes donnent des résultats très proches. La méthode MOF (moment-of-fluid), qui reconstruit l'interface en utilisant le centre de masse du fluide de référence, est plus précise que les méthodes VOF. Différentes méthodes couplées entre level-set et VOF sont alors étudiées, notamment: CLSVOF, MCLS, VOSET et CLSMOF. Il a été observé que la méthode level-set tend à épaissir les filaments minces, tandis que VOF et les méthodes couplées les fragmentent en petites particules. Finalement, on a couplé les méthodes level-set et VOF avec le solveur incompressible des équations de Navier-Stokes. On a comparé différentes manières de prise en compte des conditions de saut à l'interface (lisse et raide). Il a été montré que les méthodes VOF sont plus robustes, et donnent d'excellents résultats pour quasiment toutes les simulations. Deux méthodes level-set donnant de très bons résultats, comparables à ceux de VOF, sont aussi identifiéesThis thesis is devoted to the development and comparison of interface methods for incompressible two-phase flows. It focuses on the selection of robust interface capturing methods, then on the manner of their coupling with the Navier-stokes solver. The level-set method is first investigated, in particular the influence of the advection scheme and the reinitialization step on the accuracy of the interface capturing. It is shown that the volume constraint method for reinitialization is robust and accurate in combination with the conservative fifth-order WENO schemes for the advection. It is found that interface errors increase drastically when the CFL number is very small. As a remedy, reinitializing the level-set field less often reduces the amount of numerical diffusion and non-physical interface displacement. Mass conservation is, however, not guaranteed with the level-set methods. The volume-of-fluid (VOF) method is then investigated, which naturally conserves the mass of the reference fluid. A geometrical consistent and conservative scheme is adopted, then an alternative technique more easily extended to 3D. It is found that both methods give very similar results. The moment-of-fluid (MOF) method, which reconstructs the interface using the reference fluid centroid, is found to be more accurate than the VOF methods. Different coupled level-set and VOF methods are then investigated, namely: CLSVOF, MCLS, VOSET and CLSMOF. It is observed that the level-set method tends to thicken thin filaments, whereas the VOF and coupled methods break up thin structures in small fluid particles. Finally, we coupled the level-set and volume-of-fluid methods with the incompressible Navier-Stokes solver. We compared different manners (sharp and smoothed) of treating the interface jump conditions. It is shown that the VOF methods are more robust, and provide excellent results for almost all the performed simulations. Two level-set methods are also identified that give very good results, comparable to those obtained with the VOF methods
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Dumon, Antoine. "Réduction dimensionnelle de type PGD pour la résolution des écoulements incompressibles." Phd thesis, Université de La Rochelle, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00644565.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail consiste à développer la méthode de résolution PGD (Proper Generalized Decomposition), qui est une méthode de réduction de modèle où la solution est recherchée sous forme séparée, à la résolution des équations de Navier-Stokes. Dans un premier temps, cette méthode est appliquée à la résolution d'équations modèles disposant d'une solution analytique. L' équation de diffusion stationnaire 2D et 3D, l'équation de diffusion instationnaire 2D et les équations de Burgers et Stokes sont traitées. Nous montrons que dans tous ces cas la méthode PGD permet de retrouver les solutions analytiques avec une précision équivalente au modèle standard. Nous mettons également en évidence la supériorité de la PGD par rapport au modèle standard en terme de temps de calcul. En effet, dans tous ces cas, laPGD se montre beaucoup plus rapide que le solveur standard (plusieurs dizaine de fois). La résolution des équations de Navier-Stokes isothermes et anisothermes est ensuite effectuée par une discrétisation volumes finis sur un maillage décalé où le couplage vitesse-pression a été géré à l'aide d'un schéma de prédiction-correction. Dans ce cas une décomposition PGD sur les variables d'espaces uniquement a été choisie. Pour les écoulements incompressibles 2D stationnaire ou instationnaire, de type cavité entrainée et/ou différentiellement chauffé, les résultats obtenus par résolution PGD sont similaires à ceux du solveur standard avec un gain de temps significatif (la PGD est une dizaine de fois plus rapide que le solveur standard). Enfin ce travail introduit une première approche de la résolution des équations de transferts par méthode PGD en formulation spectrale. Sur les différents problèmes traités, à savoir l'équation de diffusion stationnaire, l'équation de Darcy et les équations de Navier-Sokes, la PGD a montré une précision aussi bonne que le solveur standard. Un gain de temps a été observé pour le cas de l'équation de Poisson, par contre, concernant le problème de Darcy ou les équations de Navier-Stokes les performances de la PGD en terme de temps de calcul peuvent encore être améliorées.
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Ould, Salihi Mohamed Lemine. "Couplage de méthodes numériques en simulation directe d'écoulements incompressibles." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004901.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré au développement des méthodes lagrangiennes comme alternatives ou compléments aux méthodes euleriennes conventionnelles pour la simulation d'écoulements incompressibles en présence d'obstacles. On s'intéresse en particulier à des techniques ou des solveurs eulériens et lagrangiens cohabitent dans le même domaine de calcul mais traitent différents termes des équations de Navier-Stokes, ainsi qu'à des techniques de décomposition de domaines ou différents solveurs sont utilisés dans chaques sous-domaines. Lorsque les méthodes euleriennes et lagrangiennes cohabitent dans le même domaine de calcul (méthode V.I.C.), les formules de passage particules-grilles permettent de représenter la vorticité avec la même précision sur une grille fixe et sur la grille lagrangienne. Les méthodes V.I.C. ainsi obtenues combinent stabilité et précision et fournissent une alternative avantageuse aux méthodes différences-finies pour des écoulements confinés. Lorsque le domaine de calcul est décomposé en sous-domaines distincts traités par méthodes lagrangiennes et par méthodes euleriennes, l'interpolation d'ordre élevé permet de réaliser des conditions d'interface consistantes entre les différents sous-domaines. On dispose alors de méthodes de calcul avec décomposition en sous-domaines, de type Euler/Lagrange ou Lagrange/Lagrange, et résolution en formulation (vitesse-tourbillon)/(vitesse-tourbillon) ou (vitesse-pression)/(vitesse-tourbillon). Les différentes méthodes développées ici sont testées sur plusieurs types d'écoulements (cavité entrainée, rebond de dipôles de vorticité, écoulements dans une conduite et sur une marche, écoulements autour d'obstacles) et comparées à des méthodes de différences-finies d'ordre élevé.
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Yassine, Adnan. "Etudes adaptatives et comparatives de certains algorithmes en optimisation : implémentations effectives et applications." Grenoble 1, 1989. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00332782.
Full textAbstract:
Sont étudiés: 1) l'algorithme SGGP Pour la résolution d'un programme linéaire général; 2) la méthode de pivotage de Lemke, la methode du gradient conjugue conditionnel et la methode de l'inverse partiel pour la résolution des programmes quadratiques convexes; 3) les méthodes d'approximation extérieure et les méthodes de coupes planes et les méthodes de région de confiance pour l'optimisation non convexe
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Mallem, Khadidja. "Convergence du schéma Marker-and-Cell pour les équations de Navier-Stokes incompressible." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4777/document.
Full textAbstract:
Le schéma Marker-And-Cell (MAC) est un schéma de discrétisation des équations aux dérivées partielles sur maillages cartésiens, très connu en mécanique des fluides. Nous nous intéressons ici à son analyse mathématique dans le cadre des écoulements incompressibles sur des maillages cartésiens non-uniformes en dimension 2 ou 3. Dans un premier temps nous discrétisons les équations de Navier-Stokes pour un écoulement incompressible stationnaire; nous établissons des estimations a priori sur les suites de vitesses et pressions approchées qui permettent d’une part d'établir l’existence d’une solution au schéma, et d’obtenir la compacité de ces suites lorsque le pas d’espace tend vers 0. Nous montrons alors la convergence de ces suites (à une sous-suite près) vers une solution faible du problème continu, ce qui nécessite une analyse fine du terme de convection non linéaire. Nous nous intéressons ensuite aux équations de Navier-Stokes en régime instationnaire avec une discrétisation en temps implicite. Nous démontrons que le schéma préserve les propriétés de stabilité du problème continu et obtenons ainsi l’existence d’une solution au schéma. Puis, grâce à des techniques de compacité et en passant à la limite dans le schéma, nous démontrons qu’une suite de vitesses approchées converge. Si l’on se restreint au problème de Stokes, et en supposant de plus que la condition initiale de la vitesse est dans H 1 , nous obtenons une estimation sur la pression qui permet de montrer la convergence forte des pressions approchées. Enfin nous étendons l’analyse aux écoulements incompressibles à masse volumique variable. On montre la convergence du schémaThe Marker-And-Cell (MAC) scheme is a discretization scheme for partial derivative equations on Cartesian meshes, which is very well known in fluid mechanics. Here we are concerned with its mathematical analysis in the case of incompressible flows on two or three dimensional non-uniform Cartesian grids. We first discretize the steady-state incompressible Navier-Stokes equations. We show somea priori estimates that allow to show the existence of a solution to the scheme and some compactness and consistency results. By a passage to the limit on the scheme, we show that the approximate solutions obtained with the MAC scheme converge (up to a subsequence) to a weak solution of the Navier-Stokes equations, thanks to a careful analysis of the nonlinear convection term. Then, we analyze the convergence of the unsteady-case Navier-Stokes equations. The algorithm is implicit in time. We first show that the scheme preserves the stability properties of the continuous problem, which yields, the existence of a solution. Then, invoking compactness arguments and passing to the limit in the scheme, we prove that any sequence of solutions (obtained with a sequence of discretizations the space and time step of which tend to zero) converges up to the extraction of a subsequence to a weak solution of the continuous problem. If we restrict ourselves to the Stokes equations and assume that the initial velocity belongs to H 1, then we obtain estimates on the pressure and prove the convergence of the sequences of approximate pressures. Finally, we extend the analysis of the scheme to incompressible variable density flows. we show the convergence of the scheme
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Pluvinage, Franck. "Effets d’interfaces poroélastiques sur la stabilité d’un écoulement incompressible cisaillé." Thesis, Orléans, 2015. http://www.theses.fr/2015ORLE2036/document.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail est d’étendre l’étude locale de la stabilité linéaire des interactions fluide-structure à des domaines peu ou pas encore abordés dans la littérature ; l’influence des interfaces poroélastiques sur les couches limites bidimensionnelles, tridimensionnelles, ou aspirées, ainsi que l’écoulement dans une canopée modélisé par un profil de vitesse réaliste, sont ainsi traités. Les résultats révèlent que dans les couches limites 3D, la compliance réduit le domaine d’instabilité du mode TS dominant mais fait apparaître des modes hydroélastiques ; à l’inverse, la perméabilité stabilise ces derniers tout en déstabilisant l’onde TS, s’apparentant en cela à un amortissement. Sur les ailes en flèche, la transition dépend localement d’instabilités nommées tourbillons Crossflow (CF) d’origine non-visqueuse ; l’effet déstabilisant de la perméabilité sur celles-ci est presque nul tandis que son action positive sur les modes hydroélastiques reste intact, offrant des perspectives prometteuses. Dans le domaine des couches limites aspirées, la quasi-totalité des études publiées reposent sur l’hypothèse d’une perméabilité négligeable et d’une paroi rigide ; or il est démontré ici que la perméabilité (indissociable de la succion) exerce même à faible dose une déstabilisation sur la perturbation dominante et que la compliance (pouvant résulter d’un allègement) provoque l’apparition d’une instabilité absolue. Pour finir, l’attention est portée sur les écoulements dans une canopée -assimilables à des couches de mélange. La stabilité linéaire de l’onde nommée monami ou honami est étudiée sur la base d’un profil de vitesse moyenne réaliste calculé numériquement, puis comparé aux résultats obtenus avec le profil en lignes brisées usuellement employé. L’effet de la force de traînée, communément considéré comme amortissant, se révèle au contraire déstabilisant lorsqu’il est pris en compte dès le calcul du profil de vitesse moyenneLocal linear stability of fluid-structure interactions is investigated in uncustomary fields such as swept, unswept and asymptotic suction incompressible boundary layers developing over compliant, porous plates –in the limit of small permeability– or relatistically-modeled incompressible flows over a canopy. Results show that compliance has a stabilizing effect on the 3D most instable hydrodynamic mode but allows hydroelastic modes to emerge, which take the form of travelling wave flutter instabilities ; conversely, permeability tends to damp the latter ones but to destabilize the former ones. Transition on swept wings also locally depends on 3D unviscid instabilities called Crossflow vortices, hardly unstabilized by permeability ; this provides promizing outlets, since permeability has still a strong positive effect on 3D hydroelastic modes. In the field of incompressible parallel boundary layer flows with uniform suction through the wall, most of the existing studies are based on the assumption that plate’s porosity and flexibility are negligible. Nevertheless, proof is given here that permeability (linked to suction) exerts a strong destabilizing effect on the Tollmien-Schlichting most instable mode. Besides, compliance (that can result from lightering measures) reveals to provoke an absolute instability that is likely to contaminate the entire domain. Finally, attention is paid to incompressible flows across a canopy, that are similar to mixing layers. Linear stability of the coherent motions called monami or honami is adressed using a relatistically-computed velocity profile, then compared to the results obtained with the customary piecewise linear velocity profile. Then, drag force variations are taken into account as soon as velocity profile computing. The result is that drag happens to have a destabilizing effect on the flow, instead of the commonly admitted damping effect
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Dechamps, Xavier. "Numerical simulation of incompressible magnetohydrodynamic duct and channel flows by a hybrid spectral, finite element solver." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2014. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209203.
Full textAbstract:
In this dissertation, we are concerned with the numerical simulation for flows of electrically conducting fluids exposed to an external magnetic field (also known as magnetohydrodynamics or in short MHD). The aim of the present dissertation is twofold. First, the in-house CFD hydrodynamic solver SFELES is extended to MHD problems. Second, MHD turbulence is studied in the simple configuration of a MHD pipe flow within an external transverse magnetic field. Chapter 2 of this dissertation aims at reminding the physical equations that govern incompressible MHD problems. Two equivalent formulations are put forward in the particular case of quasi-static MHD. Chapter 3 is devoted to the detailed development of the hybrid spectral - stabilized finite element methods for quasi-static MHD problems. The extension of SFELES is made for both Cartesian and axisymmetric systems of coordinates. The short chapter 4 follows to provide the performances of SFELES executed by several processes in a parallel environment. The addition of a parallel direct solver is studied in regards with the memory and time requirements. The extension of SFELES is then validated in chapter 5 with test cases of increasing complexity. For this purpose, laminar flows with an existing analytical-asymptotic solution are considered. The subject of chapter 6 is the MHD turbulent pipe flow within an external transverse and uniform magnetic field. The results are partially compared with the corresponding hydrodynamic flow and with a few data available in the literature. / Le thème de cette thèse de doctorat est la simulation numérique d'écoulements de fluides conducteurs d'électricité qui sont exposés à un champ magnétique extérieur (également connu sous le nom de magnétohydrodynamique ou encore MHD). L'objectif de ce travail est double. Premièrement, le code CFD maison SFELES est étendu aux problèmes MHD. Deuxièmement, la turbulence MHD est étudiée dans la configuration de l'écoulement en conduite cylindrique à l'intérieur d'un champ magnétique transverse. Le chapitre 2 de cette thèse a pour but de rappeler les équations qui gouvernent les problèmes de MHD incompressible. Deux formulations équivalente sont mises en évidence dans le cas particulier de la MHD quasi-statique. Le chapitre 3 est dévoué au développement détaillé des méthodes spectrale - éléments finis pour la MHD quasi-statique. L'extension de SFELES est réalisée dans les systèmes de coordonnées cartésiennes et axisymétriques. Le court chapitre 4 suit pour fournir les performances de SFELES exécuté sur plusieurs processeurs dans un environnement parallèle. L'ajout d'un solveur parallèle direct est étudié en ce qui concerne les demandes en temps et mémoire. L'extension de SFELES est alors validée dans le chapitre 5 avec des cas d'étude de complexité croissante. Dans ce but, des écoulements laminaires avec solution théorique-asymptotique sont envisagés. Le sujet du chapitre 6 est l'écoulement MHD turbulent en conduite cylindrique à l'intérieur d'un champ magnétique transverse et uniforme. Les résultats sont partiellement comparés avec l'écoulement hydrodynamique correspondant et avec des données disponibles dans la littérature.Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Basset, Olivier. "Simulation numérique d'écoulements multi-fluides sur grille de calcul." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00376484.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le développement de méthodes numériques pour le calcul d'écoulements incompressibles multi-fluides sur grille de calcul, s'inscrivant ainsi dans le cadre du projet MecaGrid.Une étude de la grille MecaGrid met en évidence son caractère hétérogène et ses conséquences. Plusieurs techniques d'optimisation sont présentées afin d'améliorer son utilisation : répartir la masse de calcul de façon adaptée, et privilégier le travail des processeurs vis-à-vis des communications réseaux pénalisantes.Des méthodes numériques sur maillage non structuré composé de tétraèdres sont choisies pour réaliser la simulation directe d'écoulements multi-fluides avec capture d'interface. Nous adoptons une approche unique qui rappelle celle du Multiscale, dans laquelle la condensation d'une fonction Bulle pyramidale est utilisée comme technique universelle de stabilisation.Les équations de Navier-Stokes incompressible sont résolues par une méthode éléments finis mixtes à interpolation P1+/P1. Un schéma temporel d'Euler implicite est appliqué, en association avec un algorithme de Newton pour linéariser le problème.Les interfaces sont capturées par une technique Level Set à interpolation continue P1 qui consiste à résoudre une équation de transport stabilisée par la condensation d'une Bulle (Residual-Free Bubbles). Le couplage avec une équation d'Hamilton-Jacobi permet de réinitialiser la fonction Level Set au court de son transport. La comparaison avec une méthode Galerkin discontinue proche du Volume of Fluid montre que le Level Set se distingue par sa simplicité et l'absence de diffusion numérique.Enfin, les simulations numériques sont validées par plusieurs cas test reconnus.
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Ohmi, Kazuo. "Etude de la formation du sillage autour d'un profil en oscillation." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37608517d.
Full text
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Benmadda, El Mostafa. "Etude de l'ecoulement pulse d'un fluide incompressible dans une conduite elastique : application a la circulation arterielle." Poitiers, 1987. http://www.theses.fr/1987POIT2267.
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Ghaffari, Dehkharghani Seyed Amin. "Simulations numériques d’écoulements incompressibles interagissant avec un corps déformable : application à la nage des poissons." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4369/document.
Full textAbstract:
Une méthode numérique précise et efficace est proposée pour la simulation de corps déformables interagissant avec un écoulement incompressible. Les équations de Navier-Stokes, considérées dans leur formulation vorticité fonction de courant, sont discrétisées temporellement et spatialement à l'aide respectivement d'un schéma d'ordre 4 de Runge-Kutta et par des différences finies compactes. Grâce à l'utilisation d'un maillage uniforme, nous proposons un nouveau solveur direct au quatrième ordre pour l'équation de Poisson, permettant de garantir l'incompressibilité au zéro machine sur une grille optimale. L'introduction d'un corps déformable dans l'écoulement de fluide est réalisée au moyen d'une méthode de pénalisation de volume. La déformation du corps est imposée par l'utilisation d'un maillage lagrangien structuré mobile qui interagit avec le fluide environnant en raison des forces hydrodynamiques et du moment (calculés sur le maillage eulérien de référence). Une loi de contrôle efficace de la courbure d'un poisson anguilliforme nageant vers une cible prescrite est proposée. La méthode numérique développée prouve son efficacité et précision tant dans le cas de la nage du poisson mais aussi plus d'un grand nombre de problèmes d'interactions fluide-structureWe present an efficient algorithm for simulation of deformable bodies interacting with two-dimensional incompressible flows. The temporal and spatial discretizations of the Navier--Stokes equations in vorticity stream-function formulation are based on classical fourth-order Runge--Kutta and compact finite differences, respectively. Using a uniform Cartesian grid we benefit from the advantage of a new fourth-order direct solver for the Poisson equation to ensure the incompressibility constraint down to machine zero over an optimal grid. For introducing a deformable body in fluid flow, the volume penalization method is used. A Lagrangian structured grid with prescribed motion covers the deformable body which is interacting with the surrounding fluid due to the hydrodynamic forces and the torque calculated on the Eulerian reference grid. An efficient law for controlling the curvature of an anguilliform fish, swimming toward a prescribed goal, is proposed which is based on the geometrically exact theory of nonlinear beams and quaternions. Validation of the developed method shows the efficiency and expected accuracy of the algorithm for fish-like swimming and also for a variety of fluid/solid interaction problems
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Alnaga, Ahmed. "Conception optimale du tracé hydraulique des turbines Francis." Grenoble INPG, 2006. http://www.theses.fr/2006INPG0163.
Full textAbstract:
Devant le nombre de degré de liberté disponible dans le choix d'une nouvelle conception d'une turbomachine ou dans l'amélioration d'une machine existante. Il est aujourd'hui nécessaire de développer des techniques de conception et d'optimisation à base d'outils mathématiques permettant l'intégration efficace des méthodes et outils développées dans le dimensionnement et l'analyse des écoulements internes. Ces techniques permettent alors la recherche des meilleurs compromis conduisant à une conception optimisée. Mon travail recherche m'a permis de mettre au point une technique de tracé et d'optimisation de la géométrie des turbines FRANCIS. Cette technique est basée sur une paramétrisation géométrique de tous les éléments de la turbine (bâche avant-distributeur, directrices, roue et aspirateur). L'écoulement est ensuite estimé avec des logiciels de CFD et une fonction objectif définie à partir des performances recherchée pour la machine est évaluée à partir de l'écoulement calculé. Cette fonction objectif est donc une fonction non linéaire des paramètres qui ont servis à paramétriser la géométrie. Son optimisation est alors possible en utilisant, par exemple des algorithmes génétiques. Pour mettre en œuvre une telle optimisation, il est nécessaire d'automatiser l'ensemble du processus grâce à des scripts informatiques, pour construire la géométrie de la turbine à partir des paramètres, puis un maillage robuste des domaines de calcul. Le calcul CFD, avec le post-processing qui permet d'estimer la fonction objectif, sont ensuite exécutés automatiquement pour compléter un cycle de calcul. J'ai mis au point une telle technique d'optimisation pour toute la partie "haute pression" de la turbine. Pour la roue, une technique "manuelle" d'optimisation, beaucoup plus rapide que l'automatique, a été utilisée (5 à 10 itérations à comparer avec 150 à 200 calculs pour la méthode automatique)Because of the higher number of parameters available in the choice of a new design of a turbomachinery or in the improvement of an existing machine. It is today necessary to develop techniques of design and optimization based on mathematical tools allowing the effective integration of the methods and tools developed in dimensioning and in the analysis of the internal flows. These techniques then allow the research of the best compromises leading to an optimized design. My research work enabled me to develop a technique of design and optimization of FRANCIS turbines. This technique is based on a geometry parameterization of ail the elements of the turbine (Spiral-Casing, distributor, runner and draft tube). The flow is then estimated with software of CFD and a function objective defined starting from the performances sought for the machine is evaluated starting from the calculated flow. This function objective is thus a nonlinear function of the parameters which were used for geometry parametrization. Its optimization is then possible while using, for example genetic algorithms. To make an optimization, it is necessary to automate the whole of the process thanks to data-processing scripts, to build the geometry of the turbine starting from the parameters, with a robust grid for the domain calculations, Then Calculation CFD, with the postprocessing which makes it possible to estimate the function objective, are then carried out automatically to supplement a cycle of calculation. I developed such a technique of optimization for ail the part "high pressure" of the turbine. For the runner, a "manual" technique of optimization, much faster than the automatic, was used (5 to 10 iterations to be compared with 150 to 200 calculations for the automatic method). This technique was tested successfully for two examples of turbine Francis, one at slow specific speed (nq=48), the other rapid (nq=81)
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Bucci, Michele Alessandro. "Subcritical and supercritical dynamics of incompressible flow over miniaturized roughness elements." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0053/document.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à mettre en évidence les limites du contrôle passif en utilisant des éléments de rugosité miniaturisés. La topologie des écoulements induite par la présence d’une rugosité cylindrique et des générateurs de tourbillons miniaturisés a été étudiée pour analyser la dynamique pour des temps court et long. Différentes bifurcations supercritiques ont été examinées au moyen d’une analyse de stabilité globale. La bifurcation souscritique est déclenchée par des mécanismes de croissance transitoire de l'énergie ou par la réceptivité de modes globaux stables. Des structures deforçage optimal 3D sont extraites pour comprendre la distribution spatiale liée à la fréquence de résonance du système. La simulation numérique directe perturbée révèle le rôle central du mode global le moins stable dans les instationnarités non-linéaires observées. Une analyse détaillée des structures tourbillonnaires montre qu’elles sont principalement liées aux mécanismes linéaires sous-jacents. La principale caractéristique globale du mode propre est liée à la présence d’une zone de séparation en aval de la rugosité cylindrique. En utilisant des générateurs de tourbillon miniaturisés, cette zone de séparation est fortement diminuée et aucun mode global isolé est alors présent. La dynamique de l’écoulement se révèle être conduit non seulement par le nombre de Reynolds de rugosité et par son rapport d'aspect géométrique, mais aussi par le rapport entre la hauteur de la rugosité et l’epaisseur de couche limiteThis thesis aims at highlighting the limits of passive control by usingminiaturized roughness elements. The flow topology induced by the presence ofcylindrical roughness and miniaturized vertex generators has been studied to uncover asymptotic and short time dynamics. Supercritical bifurcations has been investigated by means of global stability analysis. Subcritical bifurcation are induced by transient growth of the energy or receptivity of stable global modes. 3D optimal forcing structures are extracted to figure out the spatial distribution linked to the resonant pulsation. Perturbed direct numerical simulation reveals the pivotal role of the less steady global mode in the non-linear unsteadiness. A detailed analysis of the flowstructures is provided and linked to the involved linear mechanisms. Global feature of the eigenmode are linked to the presence of the separation zone behind the cylindrical roughness. By using miniaturized vortex generators the separation zone is suppressed and no isolated global modes are present. The flow dynamics turns out to be driven not only by roughness Reynolds number and geometrical aspect ratio but also by the ratio between the roughness height and the boundary layer thickens
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Benabid, Fatiha. "Modélisation des écoulements turbulents à faibles Reynolds par la méthode des éléments finis." Rouen, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAM0007.
Full textAbstract:
L'étude des écoulements turbulents à faibles nombres de Reynolds avec le modèle kappa - epsilon pose un problème de positivité qui est encore le souci majeur de ces modèles. Dans cette étude nous proposons une réorganisation et une linéarisation des équations de transport de kappa et de epsilon qui assure la positivité du schéma discrétisé. La condition aux limites sur epsilon peut également générer des solutions négatives dans la région de paroi. Une étude de cette condition est faite et de nouvelles conditions tirées d'un développement en séries de Taylor de kappa et de epsilon sont proposées. Une comparaison de leur influence sur la vitesse de convergence est également présentée. La fonction d'amortissement f peut également poser des problèmes de stabilité. Sa définition devient complètement erronée en absence de zones universelles, comme c'est le cas en présence de parois mobiles. Une expression tirée d'une simulation directe et adaptée au modèle de turbulence utilisé est proposée. Les exemples numériques traités montrent la stabilité du schéma numérique et la rapidité de la convergence
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Bert, Paul-Frédéric. "Modélisation des écoulements instationnaires dans les turbomachines par une méthode éléments finis." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0218.
Full textAbstract:
Les ecoulements en turbomachiens sont intrinsequement instationnaires. Parmi les differentes sources d'instationnarite, il apparait que les effets de l'interaction d'aubage sont dominants. D'une part, ils sont presents a tous les regimes de fonctionnement de la machine et d'autre part, la frequence reduite qui leur est associee est generalement importante. Outre la description des phenomenes physiques non-constants dans le temps, il devient indispensable de fournir a l'ingenieur un outil de simulation detaillee des ecoulements dans l'ensemble de la turbomachine. L'objectif de l'etude est de developper cet outil a partir d'un code de calcul qui resout les equations de navier-stokes en moyenne de reynolds. Une methode de decomposition de domaines a ete etendue a la discretisation elements finis non-conforme. L'analyse du schema numerique en deux dimensions a permis de proposer une technique de couplage pour les problemes tridimensionnels ou, la compatibilite est assuree avec les conditions aux limites de paroi et de periodicite. Les differentes configurations topologiques rencontrees dans les machiens tournantes ont ete testees sur des geometries simples pour valider largement les nouveaux algorithmes. L'etude des phenomenes d'interaction a ete realisee dans un ventilateur tangentiel et une pompe centrifuge. Dans chacun des cas, un modele stationnaire vient completer l'analyse et les comparaisons avec les donnees experimentales. Les resultats corrects obtenus permettent d'envisager des perspectives larges pour l'outil numerique. L'objectif final demeure l'amelioration des performances des machines
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Scibilia-Cocheril, Marie-Françoise. "Contribution a l'etude des jets parietaux." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066539.
Full textAbstract:
Definition des caracteristiquees du jet parietal. Historique du sujet. Theorie de glauert permettant l'existence d'une solution semblable selon laquelle la forme des profils de vitesse dans chaque section du jet reste inchangee le long du jet. Etude de la stabilite lineaire et non lineaire. Resolution de l'equation d'orr-sommerfeld en theorie temporelle et en theorie spatiale. Etude experimentale: mesure des vitesses en presence d'un corps bidimensionnel ou tridimensionnel, mesures de temperature
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Ottino, Gabriele. "Two approaches to the study of detached flows." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13786/document.
Full textAbstract:
On étudie des phénomènes de séparation d'écoulement avec deux approches différentes. Dans la première partie, on considère des écoulements 2D, instationnaires, incompressibles et non visqueux. Un modèle analytique-numérique, basé sur la jonction d'une transformation conforme et d'une méthode aux tourbillons ponctuels, est construit pour définir l'écoulement potentiel dans un domaine doublement connecté où les corps sont caractérisés par une variation temporelle de leur circulation. En particulier, on s'intéresse à l'étude de l'écoulement autour d'un VAWT avec deux pales. Dans la seconde partie on considère des écoulements visqueux et compressibles. On construit un solveur qui résoud les équations de Navier-Stokes en y introduisant une technique de pénalisation: les corps sont modélisés comme des milieux poreux ayant une porosité très petite par rapport à la porosité du fluide extérieur. Cette technique permet d'utiliser des maillages cartésiens pour des géométries très complexesIn the present work flow separation phenomena are investigated by means of two different approaches. In the first part, 2D unsteady incompressible inviscid flows are studied. An analytical-numerical model, based on the conjunction of a conformal mapping and a point vortex method, is built to define the potential flow field in a doubly connected domain where bodies are characterized by a variation in time of their circulation. In particular, the study of the unsteady flow past a 2-blade Darrieus VAWT is addressed. Until now the study of vortex motions has only been described in doubly-connected flow fields where the circulations have a constant null value. The flow field here analysed has a deep unsteadiness, which determines the circulations varying in time: so a technique is developed to uniquely define the circulations around the bodies. Three conditions result necessary to be imposed: in addition to the two Kutta conditions at the trailing edges, another one has to be imposed in order to respect the Kelvin theorem. With a classical configuration, this machine, experiencing angles of attack of opposite values, gives rise to complex vortex shedding phenomena that reduce its performances and stress its structure. In order to control the flow separation from the blades, an innovative solution is qualitatively investigated which consists of taking blade profiles provided with vortex trapping cavities. Interesting results are obtained, even if in the limit of inviscid flow. In the second part compressible viscous flows are taken into account. A fully Navier-Stokes equations solver is implemented introducing the penalization technique. The idea is to replace the bodies by the fluid, in a way that also into the bodies the penalized Navier-Stokes equations remain valid, respecting the boundary conditions on their contours. Starting from this purpose, the bodies are considered as porous media with a little porosity with respect to that of the external flow, which tends to infinity. This technique allows simple Cartesian meshes to be used, also for very complex geometries like those of industrial interest. The resulting code is tested on different flow fields, both steady and unsteady, both subsonic and supersonic, obtaining always a good agreement with other theoretical and numerical results described in literature
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Bellet, Fabien. "Etude asymptotique de la turbulence d'ondes en rotation." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003678.
Full textAbstract:
Il s'agit de déterminer l'influence d'une rotation solide sur la structure de la turbulence homogène incompressible. Les résultats du modèle spectral EDQNM étant probants en turbulence purement isotrope, la discrétisation spatiale devient un facteur limitant dans le cas anisotrope. Dans le cas où le nombre de Rossby est faible, un développement asymptotique en temps est possible. Le rôle joué par les surfaces résonantes étant dominant, le nouveau modèle conduit à une équation intégro-différentielle fermée pour l'énergie spectrale. Par un traitement numérique précis, un code parallélisé donne des résultats quantitatifs. Il apparaît que l'énergie se concentre avec le temps vers le plan perpendiculaire au vecteur rotation. De plus, le spectre intégré suit une loi de pente -3 dans la zone inertielle, sans que cela soit dû aux seuls vecteurs d'ondes horizontaux. Il n'y a donc pas de vraie bidimensionnalisation, mais les vecteurs proches du plan horizontal ont une dynamique spécifique.