Academic literature on the topic 'Panaches (dynamique des fluides) – Modèles mathématiques'

Ce travail de thèse en océanograpie côtière concerne l'étude hydrodynamique de la région influencée par le rejet du Rhône dans le Golfe du Lion sous l'effet de vents forts (Mistral, Tramontane, Sud Est) et s'inscrit dans le cadre des programmes Apports du Rhône dans le Golfe du Lion (ARGOL) du Programme ATmosphère Océan Multi-échelles (PATOM) et le chantier Golfe du Lion du Programme National Environnement Côtier (PNEC). Les eaux douces du Rhône se déversent sur le plateau continental bordé par un talus guidant le courant traversier Liguro- provençal Catalan (LPC), composante dominante de la circulation de bassin dans cette région microtidale. L'objectif en est une expérience d'analyse de la circulation sub mésoéchelle complexe, tridimensionnelle et fortement instationnaire en milieu côtier. La zone d'étude est caractérisée par l'interaction dominante entre une circulation barocline de panache induite par un rejet fluvial et un upwelling côtier. Une version emboîtée du modèle mésoéchelle aux équations primitives SYMPHONIE du Laboratoire d'Aérologie de Toulouse et forcé par le modèle atmosphérique ALADIN a été développée en introduisant un schéma de capture des fronts du panache et un modèle de turbulence sous maille prenant en compte la forte stratification verticale. Les résultats numériques obtenus suivant cette stratégie de modélisation montrent des résultats cohérents avec les observations de terrain et satellitales. La cinématique du panache et les échelles spatiales sont onvenablement reproduites. De plus, les structures secondaires observées de l'ordre du rayon de déformation interne de Rossby sont analysées en utilisant une méthode de séparation des facteurs, montrant qu'elles sont générées par l'interaction non linéaire entre la circulation barocline de panache et la circulation de plateau<br>This rearch work in Coastal Oceanography deals with the Region of Freshwater Influence of the Rhône river in the Gulf of Lions under the effect of strong winds (Mistral, Tramontane, Southeastern) and is performed in the framework of french national programmes "Apports du Rhône dans le Golfe du Lion" (ARGOL - PATOM) and "Programme National d'Environnement Côtier" (PNEC). The Rhône freshwater runs off in the continental shelf bounded by a sharp shelf break along which is flowing the Liguro-Provençal Catalan (LPC) slope current, dominant component of the basin circulation in this microtidal area. This work aims to investigate the complex sub mesoscale coastal circulation which is fully 3D and unsteady. The studied area is dominated by the interaction between the river plume baroclinic circulation and the coastal upwelling. A nested version of SYMPHONIE primitive equation mesoscale model of Laboratoire d'Aérologie in Toulouse as forced by ALADIN atmospheric model has been developed by introducing a front capture type advective scheme and a subgrid turbulence model designed for highly stratified flows. Runs outputs exhibit coherent results with in situ measurements as well as available satellite images. Kinematics and space scales are satisfactory reproduced. Moreover, observed secondary flows the order of magnitude of internal Rossby radius are analysed using a factor separation approach, indicating they are induced by the strongly non linear interaction betwen the baroclinic plume circulation and the background shelf circulation

Les modèles de circulation générale océanique sont une des composantes essentielles de l'étude de l'évolution du climat terrestre. A l'echelle de la circulation océanique, le flux d'eau douce apporté par les fleuves est très faible, mais son influence est particulierement importante. Or ce flux est mal pris en compte dans la plupart des modèles d'océan global. Ce travail vise à proposer un couplage efficace entre surfaces continentales et océan global qui permette d'assurer une continuite dynamique du point de vue des flux d'eau douce. Pour cela, il est démontré que les modèles de surfaces continentales sont le moyen à privilegier afin d'obtenir des flux corrects à l'interface. L'interaction entre panaches d'eau douce créés par les fleuves et l'océan cotier est étudiée et des paramétrisations des processus de mélanges influençant ces dynamiques sont proposées. Dans un contexte général, une paramétrisation de la dynamique des flux d'eau douce cotiers est proposée en se basant sur une analyse énergétique du problème. Un modèle en boite est créé dont le comportement est satisfaisant et des possibilités quant à son implémentation sont proposées<br>Continental runoff is usually poorly described in most ocean general circulation models used for climate research. Although the inflow of freshwater from continents is very small compared with any large scale current, its influence is known to be important. This work aims at providing a better representation of continental runoff in ogcms in order to ensure a dynamical continuity of freshwater from continents towards global ocean circulation. It is shown that land surface models should be the only reliable source for continental runoff to be considered from a global point of view. Interaction between river plumes and global circulation is investigated. It is shown that is possible to take into account some processes that affect the fate of freshwater once it has reached the continental shelf. These processes may be taken into account using only data available from a global scale. In order to include the baroclinic dynamics created by river inflows in coastal regions, a closure of this subgrid scale process is suggested. Based on energy conservation, a box model is created that proves to have the same behaviour than a realistic high resolution river plume simulation

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la mesure de la vitesse d’écoulement d’un liquide chargé en particules par l’utilisation d’ondes ultrasonores pulsées. La vitesse des particules, considérée comme représentative de la vitesse de l’écoulement, est estimée à partir de l’onde ultrasonore rétrodiffusée par les particules en mouvement, en réponse à une onde d’excitation initialement émise dans le milieu de façon périodique. Le signal rétrodiffusé durant un cycle d’émission/réception est décomposé par fenêtrage temporel en un ensemble de sous-signaux où chacun correspond à une profondeur donnée. L’objectif de ce travail consiste en l’élaboration d’algorithmes pour l’accès à l’information de profil de vitesse. Les différentes méthodes employées peuvent être classifiées en trois catégories principales, à savoir les méthodes cohérentes, incohérentes et les méthodes hybrides. La première catégorie présente l’avantage de fournir une information à haute résolution spatiale et temporelle. Une amélioration de l’estimation du délai temporel par une méthode d’intercorrélation régularisée permettant de tenir compte de la douceur temporelle et spatiale du champ de vitesse est proposée et validée sur un écoulement de bentonite. Les méthodes incohérentes et hybrides s’imposent dans des écoulements de grandes dimensions ainsi que des vitesses élevées. On montre qu’il est possible, soit de réduire la variance d’estimation, soit d’augmenter la vitesse maximale mesurable sans affecter cette variance. Un algorithme basé sur la localisation du délai inter-pulse est finalement proposé dans le but de lever l'ambiguïté tout en minimisant la variance pour les grandes vitesses<br>This work is concerned with measuring the velocity of liquids loaded with particles using pulsed ultrasonic waves. The velocity of the particles, considered as representative of the liquid velocity, is estimated from the ultrasonic signal backscattered by the moving particles. This backscattered signal is considered as a response to the excitation initially transmitted periodically through the medium. The backscattered signal during a transmission/reception cycle is range-gated to obtain a set of time-windowed signals each associated with a corresponding depth. The objective of this work consists in elaborating algorithms in order to obtain the velocity profile information. The different used methods can be divided into three main categories, coherent methods, incoherent methods and hybrid methods. The first category presents the advantage of providing velocity information with high spatial and temporal resolution. An improvement in estimating the time delay by a regularized cross-correlation method is proposed and validated on a bentonite flow. This method is based on taking into account the time and space smoothness of the velocity field. The incoherent and hybrid methods are necessary when the flows under consideration have large dimensions and flow velocities. It is shown that it is possible, either to reduce the estimate variance, or to improve the maximal unambiguous velocity without affecting the variance. An algorithm based on the localization of the inter-pulse delay is finally proposed in order to remove the phase ambiguity while minimizing the estimate variance at high velocities

Une comparaison de predeterminations d'ecoulements turbulents a masse volumique variable en usant de moyenne favre et de reynolds est realisee sur des jets a faible vitesse. La variation de masse volumique entre jets tres lourds et tres legers, provient de melanges massiques et thermiques. Des modeles de turbulence, elabores sur la base du modele classique a deux equations k-epsilon, sont proposes. Une ou deux equations de variance scalaire sont ajoutees suivant l'origine de la variation de masse volumique. Deux versions du code numerique parabolique patankar-spalding sont employees selon l'ecriture des equations. En reference aux donnees experimentales, les deux ecritures, (moyenne de favre et de reynolds) permettent de restituer les caracteristiques globales de jets inertiels. La variation de masse volumique se traduit par un effet de dilatation-compression au sens de favre et de diffusion par le flux turbulent de masse au sens de reynolds. Ceci permet de mieux comprendre comment varie l'efficacite du melange. Neanmoins un ecart des resultats favre-reynolds traduisant une certaine incoherence physique, est observe. L'equivalence des deux systemes ouverts n'est donc pas conservee apres fermeture. En outre l'influence des contraintes normales s'avere plus importante en moyenne de favre qu'en moyenne de reynolds. La gravite accentue la difference favre-reynolds. Le modele en moyenne de reynolds donne de meilleurs resultats. L'analyse physique des effets de gravite montre que l'efficacite du melange augmente dans un jet flottant positif et diminue dans un jet flottant negatif. En moyenne de reynolds, une ecriture nouvelle des equations du mouvement fondee sur une decomposition differenciant les grandeurs transportees de la vitesse d'advection est proposee. Cette ecriture conduit a degager les echanges entre le mouvement moyen et fluctuant permettant d'identifier de facon precise les roles des termes presents. Pour comparaison, le meme principe de decomposition est applique a l'ecriture en moyenne de favre

L'objectif de ce travail est l'etude de l'agitation mecanique d'un fluide viscoelastique en cuve cylindrique a fond plat. L'agitation est assuree par un mobile type bipale de grand diametre. L'etude de l'agitation de fluides visqueux newtoniens et non newtoniens est abordee par voie experimentale. Les proprietes viscoelastiques des solutions de polyacrylamide ont ete determinees en employant les techniques de fluage et d'oscillation a l'aide d'un rheometre cone-plan pilote en contrainte. L'etude rheologique effectuee sur les solutions de polyacrylamide a montre un caractere viscoelastique suivant le modele de kelvin-voigt generalise a deux elements. La puissance globale est mesuree a l'aide d'un couplemetre, le produit du nombre de reynolds par le nombre de puissance et la constante de metzner et otto propres a cet appareil etant calcules. Le temps de melange est determine globalement par la methode de coloration-decoloration. Enfin, l'anemometrie a film chaud est utilisee pour la premiere fois dans ce type de fluide a l'aide d'un etalonnage specifique. Elle permet l'obtention des vitesses d'ecoulement dans les plans de la pale et dans le plan median. Les profils de vitesse correspondants sont analyses afin de determiner, a travers ces elements cinematiques, l'impact du champ local sur la puissance globale et sur le melange

Nous présentons une méthode numérique pour analyser les écoulements permanents de fluides viscoélastiques. La méthode des différences finies a été introduite sur des grilles décalées à maille non uniforme en utilisant un schéma décentré pour discrétiser l'équation constitutive ou le tenseur des extra-contraintes peut être décomposé en une partie newtonienne et une partie non newtonienne. Nous avons utilisé l'algorithme multigrille FAS (Full Approximation Storage). La performance de notre méthode est testée sur le problème du stick-slip et le problème de la contraction 4:1 en géometrie plane. Pour les simulations numériques nous avons choisi les fluides obéissant au modèle d'Oldroyd et a celui de Phan Thien-Tanner. Les résultats obtenus montrent que le modèle d'Oldroyd n'est pas satisfaisant.

Nous nous interessons dans ce travail a la facon dont on peut prendre en compte les effets instationnaires turbulents dans les simulations numeriques des ecoulements. Le but final de ces etudes est de proposer une alternative aux modeles de turbulence statistiques usuellement utilises. Apres une breve presentation des effets turbulents dans les ecoulements, nous presentons une vue d'ensemble des modeles de turbulence de type statistique et la simulation des grandes echelles. Deux aspects distincts sont ensuite traites: la methode numerique et la validation sur un cas physique. Ce travail supporte par le motoriste turbomeca repose sur un code de calcul industriel a la base stationnaire (volume fini, schema simple). La structure et la modification de cet outil de calcul pour le rendre apte a simuler des situations instationnaires seront presentees ainsi que les tests de qualites effectues. Nous comparons ce code a un autre code plus recent: avbp (code cerfacs non-structure, base sur des schemas type jameson). La derniere partie de l'etude consiste a montrer l'efficacite comparee des deux outils sur une configuration instationnaire plus complexe: un jet dont le debit d'entree subit une baisse brutale. Le cas laminaire est etudie a partir des resultats d'une approche analytique formulee dans le groupe combustion de l'institut de mecanique des fluides de toulouse et les tendances sont comparees a une experience sur un jet turbulent. Des conclusions sont apportees sur le caractere predictif des outils numeriques. Enfin l'approche turbulente est discutee et les qualites requises des codes mises en evidence

Les travaux realises dans cette etude s'inscrivent dans le cadre de l'analyse des ecoulements instationnaires. Elle concerne plus particulierement les ecoulements instationnaires pulses en canal. Le choix de cette configuration a ete faite dans le but d'etudier separement l'influence des differents parametres qui gerent ce type d'ecoulement. Le travail rapporte concerne: (i) la validation d'un code de calcul ; (ii) une analyse physique: *tout d'abord, dans le cas laminaire, *dans le cas transitionnel, par l'etude de l'influence de l'instationnarite sur la transition de la couche limite, *enfin, dans le cas plus complexe a savoir l'etat turbulent ou une etude parametrique s'avera utile dans la comprehension des mecanismes physiques de ce type d'ecoulement ainsi que dans le comportement des differents modeles de turbulence ; (iii) une evaluation des modeles de fermeture a zero equation, a deux equations et a faibles nombres de reynolds de turbulence ainsi qu'un modele aux contraintes de reynolds ; (iv) le but ultime de cette analyse devra nous conduire a une meilleure modelisation des ecoulements instationnaires

On utilise une methode de trajectographie lagrangienne pour constituer un echantillon representatif de trajectoires. En presence des particules changeant les caracteristiques de l'ecoulement gazeux, on developpe un modele eulerien de type energie cinetique turbulente avec dissipation de celle-ci. Etude de la reaction des particules sur l'ecoulement

L'intérêt d'une recherche sur la modélisation de scénari de pollution en milieu urbain pose le problème d'une représentation réaliste de la géométrie retenue. Un des paradoxes actuels dans ce domaine est que les Systèmes d'Information Géographiques (SIG) fournissent une description précise de la tapographie d'un site mais que les détails, trop nombreux, ne peuvent être efficacement incorpore��s au sein des modèles. Il faut donc développer des approches simplifiées de la réalité pour exploiter astucieusement ces données. Ce travail s'inscrit dans cette optique. A l'heure actuelle, il subsiste des insuffisances concernant la modélisation des échelles intermédiaires situées entre l'échelle globale de l'agglomération et celle, locale de la rue. Dans ce travail nous considérerons principalement cette échelle (de l'ordre du quartier). Ainsi une zone urbaine peut apparaître comme un groupe d'obstacles. Les objectifs de cette étude sont de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui gouvernent l'écoulement et la dispersion en fonction des différents paramêtres définissant un groupe d'obstacles. En particulier nous considérons l'influence de la tapologie (organisation géométrique), de la porosité (distance de séparation entre les obstacles), de la taille des obstacles et de la taille caractéristique du groupe. Nous avons utilisé pour cette étude trois méthodes. Premièrement, une approche expérimentale réalisée en soufflerie où le champ de vitesse a été mesuré à l'aide d'une technique LDA tridimensionnelle et le champ de concentration à l'aide d'un FID. Deuxièmement une approche numérique effectuée à l'aide d'un code de calcul tridimensionnel existant (MERCURE, développé par EDF). Et un modèle simplifié de l'écoulement et de la dispersion en présence d'obstacles, basé sur le concept d'un écoulement potentiel. Nous analyserons en détail les résultats obtenus par ces différentes approches et expliquerons les mécanismes prépondérants présents dans la dispersion à travers un groupe d'obstacles<br>Much research has been devoted to modelling mesoscale atmospheric boundary layer flows and flows at the scale of individual streets, but much less attention has been focussed on flow and dispersion at intermediate scales, such as small town or a large suburban area. An important problem in the computational modelling of such flows is the representation of the urban surface layer. At typical scales used in such calculations, it is not feasible to model individual buildings, but neither is it possible to represent the effects of the buildings by a simple change in roughness length. Geographical information Systems now provide us with a highly detailed description of the urban topography, but, paradoxically, these descriptions are too detailed to be used directly. The challenge is therefore to find ways to simplify the data, so that they can be used in pratical calculations of flow and dispersion in urban areas. This is the objective of the research presented here. In order to develop simple parametrisations for the influence of a group of buildings on flow and dispersion in the urban canopy, we need first to identify and underrstand the major processus. In particular, we need to understand how parameters such as the geometrical organisation, the obstacles, the spacing between them, their size and the overall extent of the group interact to influence the flow and the dispersion. We have use three different approaches to investigate this. Firstly, experiments were performed in an atmospheric wind tunnel, for several different configurations of obstacles. Fluid velocities were measured using LDV, and gas concentrations were measured using FID. Secondly, three dimensional calculations have been performed using the atmospheric dispersion code MERCURE initially developed by EDF. Finally a simplified model for flow and dispersion within a group of obstacles was developed based on a potential flow approach. These three methods have been used to investigate and explain some of the fundamental processus involved in flow and dispersion through groups of obstacles