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Dissertations / Theses on the topic 'Simulation numérique de type RANS'
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Leveugle, Benoît. "Simulation DNS de l’interaction flamme-paroi dans les moteurs à allumage commandé." Thesis, Rouen, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAM0021/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre du projet INTERMARC (INTERaction dans les Moteurs à Allumage Commandé), la tâche du CORIA a consisté à produire une base de données à l'échelle RANS (provenant de données DNS) afin de tester, valider et modifier le modèle d'interaction développée par IFPen. Ce modèle vise l'ajout d'une composante d'interaction, phénomène non pris en compte par les lois de paroi actuelles.Ce projet repose sur l'interaction forte entre les différents protagonistes présents. Le CORIA et le CETHIL ont travaillé ensemble à la réalisation d'une base de données pour tester les modèles initiaux proposés par IFPen, puis en fonction des résultats obtenus, à itérer avec IFPen pour modifier et améliorer les modèles. Ces tests ont inclus des simulations 2D laminaires, 2D turbulentes, et 3D turbulentesUnder the INTERMARC project (Flame wall interaction in spark ignition engines), CORIA's job was to produce a database to RANS scale (from DNS data) to test, validate and modify the interaction model developed by IFPEN. This model aims the addition of the interaction phenomena, non-captured by the current wall laws. This project is based on the strong interaction between the different actors. The CORIA and the CETHIL have worked together in the creation of the database, where the experimental data were also used to validate the resuslts of the DNS code.CORIA then used this database to test the original model proposed by IFPPEN, then according to the results obtained, CORIA iterated with IFPEN to modify and improve the models. These tests included laminar 2D simulations, 2D turbulent and 3D turbulent simulations
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Dominguez, Bermudez Favio Enrique. "Simulation numérique de parcs d'hydroliennes à axe vertical carénées par une approche de type cylindre actif." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI020.
Full textAbstract:
La récupération, grâce aux hydroliennes, de l’énergie cinétique de courants marins et fluviaux constitue une source d’énergie renouvelable considérable et prédictible. La simulation fine, par une description statistique instationnaire de type URANS, de l’écoulement autour d’une hydrolienne isolée à axe vertical, bi-rotor et munie d’un carénage (hydrolienne de type HARVEST) donne accès à une estimation précise de la puissance produite. Cependant, le coût élevé de cette approche URANS la rend inadaptée à la simulation d’un parc de machines. Une analyse de la littérature conduit à retenir un modèle basse-fidélité de type Blade Element Momentum (BEM) pour décrire à moindre coût l’effet du rotor de la turbine sur l’écoulement, dans le contexte d’une description 2D (coupe horizontale). La performance de l’hydrolienne est alors prédite par un calcul RANS incluant des termes sources distribués dans un anneau rotor virtuel et conservant le maillage des parties fixes (carénage). Ces termes sources sont construits grâce à une procédure originale exploitant les conditions locales de l’écoulement en amont des cellules du rotor virtuel et le débit de l’écoulement traversant l’hydrolienne. Les coefficients hydrodynamiques utilisés pour le calcul des termes sources BEM-RANS sont construits une fois pour toutes en exploitant une série de simulations URANS préliminaires ; ils intègrent les effets du carénage et le fonctionnement de chaque rotor à une vitesse de rotation optimale (maximisant la puissance produite) grâce au système de régulation de l’hydrolienne. Le modèle BEM-RANS développé est validé par comparaison avec des simulations URANS de référence : il fournit une estimation fiable de la puissance produite (erreur de quelques % par rapport à l’approche URANS) pour un coût réduit de plusieurs ordres de grandeur. Ce modèle est appliqué à l'analyse de la puissance produite par une rangée d’hydroliennes HARVEST dans un canal pour différents facteurs de blocage et d’espacement latéral ainsi qu’à une ferme marine composée de trois hydroliennesThe capture, thanks to hydrokinetic turbines, of the kinetic energy generated by sea and river currents provides a significant and predictable source of renewable energy. The detailed simulation, using an unsteady statistical description of URANS type, of the flow around an isolated water turbine of HARVEST type (cross flow vertical axis ducted water turbine) provides an accurate estimate of the power output. However, the cost of the URANS approach is much too expensive to be applied to a farm of several turbines. A review of the literature leads to select a low-fidelity model of Blade Element Momentum (BEM) type to describe at a reduced cost the rotor effect on the flow, in a 2D context (horizontal cross-section). The turbine performance is then predicted using a steady RANS simulation including source terms distributed within a virtual rotor ring and preserving the mesh of the turbine fixed parts (duct). These source terms are derived using an original procedure which exploits both the local flow conditions upstream of the virtual rotor cells and the flow rate through the turbine. The hydrodynamic coefficients used to compute the BEM-RANS source terms are built once for all from a series of preliminary URANS simulations; they include the effects of the duct on the flow and the rotor operating at optimal rotational speed (maximizing the power output) thanks to the turbine regulation system. The BEM-RANS model is validated against reference URANS simulations: it provides a reliable prediction for the power output (within a few % of the URANS results) at a computational cost which is lowered by several orders of magnitude. This model is applied to the analysis of the power produced by a row of Vertical Axis Water Turbines in a channel for various values of the blockage ratio and lateral spacing as well as to a 3-machine sea farm
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Leveugle, Benoît. "Simulation DNS de l'interaction flamme-paroi dans les moteurs à allumage commandé." Phd thesis, INSA de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845226.
Full textAbstract:
Dans le cadre du projet INTERMARC (INTERaction dans les Moteurs à Allumage Commandé), la tâche du CORIA a consisté à produire une base de données à l'échelle RANS (provenant de données DNS) afin de tester, valider et modifier le modèle d'interaction développée par IFPen. Ce modèle vise l'ajout d'une composante d'interaction, phénomène non pris en compte par les lois de paroi actuelles.Ce projet repose sur l'interaction forte entre les différents protagonistes présents. Le CORIA et le CETHIL ont travaillé ensemble à la réalisation d'une base de données pour tester les modèles initiaux proposés par IFPen, puis en fonction des résultats obtenus, à itérer avec IFPen pour modifier et améliorer les modèles. Ces tests ont inclus des simulations 2D laminaires, 2D turbulentes, et 3D turbulentes.
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Bodoc, Virginel. "Modélisation de l'évaporation de gouttes multicomposants." Toulouse, ISAE, 2011. http://www.theses.fr/2011ESAE0022.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’évaporation d’un brouillard multi-composant à l’aide d’approches expérimentale et numérique. Deux axes de recherche ont été privilégiés. Une base de données expérimentales a tout d’abord été créée en utilisant différentes techniques optiques de mesure. Une attention particulière a été accordée à la technique Arc-en-Ciel Global (ACG), utilisée pour la mesure de la température des gouttes. Ensuite des simulations numériques ont été réalisées pour des brouillards mono et bi-composant en évaporation. Dans la première phase de cette recherche, les investigations expérimentales et numériques ont été conduites pour un brouillard polydisperse, non-confiné et en refroidissement. Cette configuration offre l’avantage de pouvoir étudier l’évaporation sous une faible influence de la phase gazeuse. Pour un liquide bicomposant, l’effet de la variation de concentration sur les mesures ACG a été analysé à l’aide d’un couplage entre la technique expérimentale et la simulation numérique. Après avoir validé les modèles d’évaporation sur le brouillard non-confiné, une configuration plus complexe se rapprochant des conditions réelles d’une chambre de combustion a été étudiée (montage IMFT). En ce qui concerne la simulation numérique, la phase gazeuse a été caractérisée en utilisant une approche de type LES. La phase dispersée constituée des gouttes mono-composant est prise en compte dans le calcul. La nature très instationnaire de l’écoulement diphasique a été mise en évidence. La comparaison entre l’expérience et la simulation numérique a permis d’évaluer l’intérêt de la technique ACG pour la mesure de la température des gouttesThe objective of this thesis was to study the vaporization of a multicomponent spray with both experimental and numerical approaches. To achieve this objective, the effort was guided in two directions. Firstly, an experimental database has been created using different optical measurement techniques. A special attention was focused onto the application of Global Rainbow Refractometry (GRR), used for the measurement of droplets temperature. Secondly, numerical simulations were performed for mono and bi-component sprays in evaporation. In the first part of this study, experimental and numerical tests were carried out on a polydisperse nonconfined and cooling spray. This configuration was adopted because it allows the study of the vaporization with a reduced influence from the gaseous phase. For a bi-component liquid, the effect of the composition variation on the GRR measurements was analysed within a coupling between the experimental technique and the numerical simulation. In the second part, experimental investigations and numerical simulation were performed for a more complex configuration that consists in a spray evolving in a heated and confined medium. The gaseous phase was computed with a LES approach while the dispersed phase, always mono-component, was solved with a Lagrangian tracking approach. The unsteady nature of the flow was demonstrated and the interest of the GRR technique for the droplets temperature measurement was proved
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Bonnifet, Valentin. "Prédiction du phénomène de tremblement sur un profil d'aile avec une approche LES de type PANS-RSM." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS389.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est le developpement d'un modèle de sous-maille à équations de transport pour la simulation aux grandes échelles. Le modèle de sous-maille est développé par analogie avec le modèle statistique du second ordre proposé par Gerolymos-Lo-Vallet-Younis. Un paramètre de contrôle constant y est introduit afin de régler la quantité d'énergie cinétique turbulente modélisée par le modèle de sous-maille. Ce paramètre permet un passage continue entre la résolution directe et statistique des équations de Navier-Stokes. Cette approche à la capacité de prédire correctement des écoulements turbulents avec un maillage spatio-temporel plus grossier qu'avec l'approche de la simulation au grandes échelles classique utilisant des modèles de sous-maille algébriques. La méthode proposée est utilisée pour simuler un écoulement transsonique autour du profil d'aile OAT15A. Pour les conditions d'entrées étudiées, cet écoulement est le siège d'une interaction onde de choc couche limite turbulente sur l'extrados du profil d'aile provoquant une oscillation auto-entretenue de la position de l'onde de choc. Les résultats montrent que l'approche développée est apte à reproduire le mouvement de l'onde de choc. Une analyse des grandeurs filtrées de l'écoulement, des corrélations turbulentes ainsi que de l'impact du paramètre de contrôle est présentée. Enfin, cette étude énonce des suggestions de développement pour améliorer le modèle de sous-maille proposé en utilisant un paramètre de contrôle inhomogène en espace et/ou en tempsThis PhD was devoted to develop a Large Eddy Simulation subgrid scale model based on transport equations. The subgrid scale model is built in the same manner as second order statistical model suggested by Gerolymos-Lo-Vallet-Younis. A constant control parameter has been introduced to tune the amount of turbulent kinetic energy handled by subgrid scale model. This parameter allows a bridging from Direct Numerical Simulation to Reynolds Averaged Navier-Stokes. This approach can correctly predict turbulent flow with coarser grid and time step than canonical Large Eddy Simulation based on algebraic subgrid scale models where subgrid length scale corresponds to Taylor micro scale. Indeed, the subgrid scale model handles a large part of turbulent kinetic energy in the boundary layer.Transonic flow simulation around OAT15A airfoil is carried out using the suggested approach. On particular inflow conditions, the shock-wave shows a self-sustained motion on the airfoil upper side resulting from the shock-wave boundary layer interaction. Reynolds Averaged Navier-Stokes is not able to predict averaged field because this large unsteadiness is undeterministic and an LES approach is needed. According to the results, the suggested approach can handle shock-wave motion. Filtered flow field, turbulent correlation and control parameter impact analysis are presented. Finally, development ways are suggested in order to improve the subgrid scale model using inhomogeneous control parameter in space and/or time
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Troadec, François. "Simulation numérique directe d'un écoulement supercritique pour validation des approches RANS et LES." Rouen, 2010. http://www.theses.fr/2010ROUES043.
Full textAbstract:
Le travail effectué au cours de cette thèse a été de développer et implémenter des outils capables d’aider à la simulation numérique d’écoulements cryogéniques, en proposant des cas-tests basés sur des expériences «numériques» via l’utilisation de la Simulation Numérique Directe (DNS). Les problèmes rencontrés au cours des différentes expériences, dus aux conditions d’utilisation (une pression supérieure à 50 Bar et des réactifs très inflammables), amènent donc les industriels à développer de nouveaux outils numériques. En effet, au delà d’une certaine pression, la distinction entre la phase liquide et la phase gazeuse disparaît et les interactions intermoléculaires ne peuvent plus être négligées ce qui affecte les mécanismes de transport. Différents modèles de la littérature ont été étudiés et comparés à des données de référence (NIST). Certains ont ensuite été introduits dans le code de simulation Asphodèle, basé sur une formulation bas nombre de Mach. La configuration étudiée permet de simuler la déstabilisation d’un jet en condition supercritique. L’objectif principal étant de se rapprocher au plus près des conditions réelles de fonctionnement et de tester la formulation bas nombre de Mach utilisée pour la première fois en écoulement supercritique. Enfin, disposant de résultats issus d’une simulation numérique directe, nous avons évalué, à partir de tests a priori, la pertinence de modèles utilisées dans certaines simulations supercritiques RANS ou LES, tel le modèle de variable de mélange ou l’utilisation des variables filtrées dans l��équation d’étatThe main aim of this work is to develop tools able to realise numerical simulation of cryogenic flows by proposing tests case based on numerical experiments through the use of Direct Numerical Simulation (DNS). Many problems encountered during experiments are due to experimental conditions (high pressure and very flammable reactives) that impose researchers to consider new numerical ways. Indeed, beyond a given pressure, the distinction between liquid and gaseous phase disappears and molecular interactions can’t be neglected anymore. This affects thermo-physical variables. So, different physical models have been studied and results have been compared to reference data (NIST). Some of them have been introduced in Asphodele solver. This solver is based on a low Mach number formulation. The reference configuration used simulates the destabilization of a jet in supercritical condition. Main aim being to reach conditions present inside the rocket’s combustion chamber and to test low Mach number formulation applied in supercritical flows. Finally, from results extracted from DNS simulation, a priori tests are used to study RANS and LES terms modelisation like the mixture fraction formulation (RANS) and the use of filtered variable in equation of state (LES)
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Léonard, Thomas. "Étude des approches de modélisation de la turbulence pour la simulation numérique d’un compresseur centrifuge à fort taux de pression." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0029/document.
Full textAbstract:
Cette étude a pour objectif d’étudier différentes approches de modélisation de la turbulence sur un compresseur centrifuge industriel à fort taux de pression afin d’essayer d’élargir notre compréhension des différents phénomènes physiques mis en jeu et leur interaction avec la turbulence. D’abord, la sensibilité au maillage et au modèle turbulence est évalué sur des calculs RANS. Une analyse de simulations LES est ensuite effectuée. En particulier, une étude de l’effet de la turbulence sur l’écoulement et une comparaison aux résultats RANS et expérimentaux est réalisée. Enfin, deux approches hybrides DES sont étudiées afin d’exposer les problèmes rencontrés par ces modèles sur cette configuration. Il en résulte une évaluation des différentes méthodes et de leur applicabilité future dans un contexte industrielThis study aims to assess the abilities of existing numerical simulation methods to predict the complex physical phenomena occurring in an industrial centrifugal compressor and especialy the effect of turbulence on the different flow features. RANS simulations are first performed using various turbulence model, then LES simulations and finally, two simulations using RANS/LES hybrid models of DES type are carried out. The whole compressor operating range is simulated using RANS, but because of LES and DES high computational costs, attention is focussed on the nominal operating point. Particular care is devoted to determine the impact of grid refinement on the simulation results. To this end, simulations are performed on three grids, respectively composed of over 8, 26 and 165 million cells. Even though the grids used do not fulfill the mesh refinement criteria recommended in the litterature for an accurate wall-resolved LES simulation, the simulation performed on the denser grid provides interesting conclusions on the turbulence generation and its interaction with the mean flow.The hybrid DES approches used involve a shield function to prevent the boundary layers to be computed in LES. However, this function is found to be unsuited to this centrifugal compressor flow. Indeed, the RANS and LES regions are not correctly located and most of the tip leakage flow is resolved using a RANS approach, preventing the development of turbulence.This work allowed us to evalute the various approches and highlight some of the problems and advantages of each for the simulation of this centrifugal compressor
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Monroy, Charles. "Simulation numérique de l'intéraction houle-structure en fluide visqueux par décomposition fonctionnelle." Ecole centrale de Nantes, 2010. http://www.theses.fr/2010ECDN0033.
Full textAbstract:
La décomposition fonctionnelle dans les équations de Navier-Stokes est un artifice mathématique tirant profit du fait que les échelles des phénomènes associés respectivement à la propagation de la houle et à l'évolution du champ diffracté ( et radié) par un corps sont nettement disctinctes. Les inconnues principales du problèmes sont divisées en une partie incidente représentant la propagation de la houle et une partie diffractée représentant la perturbation due à la présence du corps flottant ou immergé. Cette décomposition est alors introduite dans les équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Reynolds. Les termes incidents sont obtenus explicitement sur un modèle de houle incidente en théorie potentielle non-linéaire (plus précisément par une méthode spectrale) et les termes diffractés sont déterminés par la résolution des équations RANS ainsi modifiées. La génération de la houle incidente étant réalisée par un modèle en théorie potentielle, le temps de calcul associé est très faible, la qualité de propagation est optimale et la gamme de houles envisageables est très importante. Cet avantage est combiné à une résolution globale de l'écoulement qui reste néanmoins sous l'hypothèse de fluide visqueux. Ce travail de tehèse constitue une contribution au développement de la méthode SWENSE (Spectral Ware Explicit Navier-Stokes Equations) et propose plusieurs cas de validation en houle régulière aussi bien qu'en houle irrégulière. Les limitations de la méthode sous sa forme actuelle, en particulier la problématique liée à la gestion du déferlement, sont discutées et des réponses pour y faire face sont suggéréesFunctional decomposition in the Navier-Stokes equations is a mathematical tool with takes advantage of the fact that the swell propagation and the evolution of the diffracted field from a body are two phenomena with different spatial scales. The principal unknowns of the problem are divided into an incident part representing the swell propagation and a diffracted part representing the perturbation due to the presence of the floating or submerged body. This decomposition is then introduced in the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Potential flow theory (more precisely spectral methods) is used to compute the incident waves while viscous effects are taken into account by using a modified RANSE solver to obtain the diffracted field in the full domain. By using this approach it is possible to simulate various nonlinear incident waves in an efficient and accurate manner: regular wave trains, focused waves, irregular 2D or 3D sea states. The present work is a contribution to the developent of the SWENSE (Spectal Ware Explicit Navier-Stokes Equations) method and offers several validation cases in regular sea as well as in irregular sea. The limitations of the method in its current form are discussed, especially the over-breaking problem, and answers to them are provided
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Marzouk, Salwa. "Simulation numérique d'un écoulement de type jet pulsé." Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX22078.
Full text
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Bentaleb, Yacine. "Modélisation et simulation numérique de la turbulence par des approches statistiques bas-Reynolds et hybride Rans/Les." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3028.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le contexte de la modélisation et de la simulation numérique des écoulements turbulents à grand nombre de Reynolds, avec intégration des équations jusqu'à la paroi. L'objectif principal est de reconsidérer les approches existantes de la turbulence, en s'appuyant sur des outils numériques récents, afin d'obtenir des résultats plus précis sur des maillages non-structurés, notamment en proche paroi. Dans la perspective d'une hybridation avec l'approche LES, nous étudions tout d'abord les performances d'un modèle k-ε bas-Reynolds linéaire. Nous le comparons ensuite à une extension non-linéaire cubique qui permet de tenir compte de l'effet d'anisotropie. Le solveur Navier-Stokes compressible utilise une approche mixte éléments/volumes finis instationnaire implicite. Dans deux cas d'écoulements stationnaires nous obtenons des résultats satisfaisants avec le modèle linéaire, alors que l'extension non-linéaire montre une forte sensibilité au paramètre de viscosité turbulente Cµ. Dans le cas instationnaire, le modèle non-linéaire s'est montré bien plus performant. Nous proposons ensuite une combinaison originale entre les approches de type RANS et LES. L'idée de base consiste à résoudre le champ moyen par les équations de type RANS, puis à le corriger en ajoutant les fluctuations résolues par l'approche VMS (Variational Multi-Scale) de la LES. Le terme de correction est amorti par une fonction d'hybridation continue à travers le domaine de calcul. Le modèle obtenu est appliqué à l'écoulement 3D autour d'un cylindre circulaire à séparation turbulente. Nous analysons les différentes régions de l'écoulement ainsi que sa topologieThe work presented in this thesis concerns the turbulence modelling and numerical prediction of high Reynolds number flows by performing the integration of the governing equations up to the wall. The main objective is to reconsider existing turbulence models, using recent numerical tools, in order to obtain more accurate results on unstructured meshes, particularly in the near-wall region. In the perspective of hybridisation with a LES approach, we study first a linear low-Reynolds k-ε model. Then, we compare it with a cubic eddy-viscosity model, which allows accounting for anisotropy effect. The compressible Navier-Stokes solver uses an implicit unsteady mixed finite element/volume method. In two steady flow cases (turbulent channel and backward-facing step flows), we obtain satisfactory results with the linear model, whereas the nonlinear extension shows a substantial sensitivity to the eddy-viscosity parameter Cµ. In the unsteady flow (circular cylinder), the nonlinear model shows higher performances. Next, we propose a novel combination of RANS and LES approaches. The basic idea is to solve the averaged flow field by the RANS equations, and to correct it by adding the remaining resolved fluctuations with VMS (Variational Multi-Scale) approach of LES. The correction term is damped by a smooth blending function across the computational domain. The obtained model is applied to a three-dimensional flow past a circular cylinder with turbulent separation. We analyse the different flow regions and the flow topology. The statistics computed from numerical simulations are consistent with the experimental data and the hybrid approach of DES-type
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Guénette, Vincent. "Prédiction numérique de l'écoulement turbulent au sein d'une turbine bulbe par des simulations " rans "." Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30123/30123.pdf.
Full textAbstract:
Ce mémoire a comme objectif de prédire les performances d’une turbine modèle de type bulbe à l’aide de simulations numériques RANS k-ε. Tout d’abord, par des simulations numériques, on valide les éléments de la méthodologie les plus susceptibles d’influencer la qualité des résultats. Par la suite, on obtient la colline de rendement numérique et on analyse l’effet du jeu de bout d’aube ainsi que des jeux au moyeu sur la prédiction de performance. Les résultats indiquent que la colline de rendement numérique se compare bien à la littérature portant sur les turbines bulbes. On montre, de plus, que tenir compte du jeu de bout d’aube dans la simulation numérique diminue de manière significative le rendement prédit. L’impact des jeux au moyeu est cependant négligeable sur la prédiction de performance de la turbine. Finalement, une modification de l’aspirateur est proposée pour la suite du projet entrepris par le consortium de recherche.
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Alfano, David. "Simulation numérique du tremblement transsonique et optimisation de formes." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003207.
Full textAbstract:
Dans la mesure où le tremblement transsonique limite le domaine de vol des aéronefs, sa prédiction à moindre coût et son contrôle sont d'intérêt crucial pour les avionneurs. Nous proposons donc dans ce travail d'une part d'améliorer le calcul des écoulements transsoniques instationnaires typiques du tremblement et d'autre part d'évaluer une démarche de contrôle de ce phénomène. Le présent travail inclut un état de l'art sur le tremblement transsonique, une présentation des méthodes employées ainsi que des travaux de validation réalisés. Compte tenu des limitations de la modélisation statistique de la turbulence classique, l'utilisation de modélisations dites hybrides (PANS et DES) est alors explorée pour le calcul du tremblement transsonique sur profils supercritiques ; ces techniques permettent de reproduire numériquement avec une précision satisfaisante les phénomènes observés expérimentalement. Enfin, une démarche originale d'optimisation de formes est proposée afin de diminuer l'intensité ou de repousser l'apparition du tremblement transsonique sur profils d'ailes. Les cas traités (profils classique ou supercritique) ainsi que la démarche multi-objectifs adoptée permettent d'élaborer une méthodologie efficace et systématique d'obtention de formes plus performantes vis-à-vis du tremblement.
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Amet, Ervin. "Simulation numérique d'une hydrolienne à axe vertical de type Darrieus." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0047.
Full textAbstract:
Ce document est une contribution à la modélisation numérique RANS instanonnaire dans des turbines à flux transverse de type Darrieus. Le travail s'est déroulé autour de deux axes. Dans une première étape, une analyse des phénomènes physiques qui influencent le rendement, l'auto-démarrage et l'uniformisation du couple moteur a été faite. Des solutions ont été proposées pour limiter ces inconvénients. L'utilisation de winglets, de congé de raccordement bras / aile ou de pales hélicoïdales a été proposée. Dans une deuxième étape, des modélisations RANS 2D et 3D ont été faites. Le modèle numérique fournit des résultats globaux comparables aux résultats expérimentaux. Il a été montré que les trainées de bout d'aile et d'interférence réduisent chacune d'environ 20% la puissance récupérée. Les pales hélicoïdales ne procurent pas le lissage espéré du couple moteur. Les travaux doivent se poursuivre pour valider de façon certaine cette approche numériqueThis document is a contribution to Cne RANS numerical modeling of the unsteady flow field of a lift-driven water turbine of Darrieus type. The study has been conducted around two axes. The first axis was a theoretical analysis of Cne physical phenomena affecting the performance, the self-starting capability and the torque smoothing of these machines. Solutions have been proposed in order to alleviate Cnese disadvantages. The use of fairings, winglets or the helical blades was proposed. The second axis concerns the 3D RANS modeling. The numerical model provides a good agreement with the experimental results. It has been shown that the induced and the interference drag decrease approximately by 20% the power output. The helical blade does not provide the expected smoothing of the rotor torque. The work should be continued in order to validate the numerical results by comparison with experimental velocity field
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Moussaed, Carine. "Modèles variationnels dynamique et hybride pour la simulation numérique d'écoulements turbulents." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20130/document.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution à la simulation numérique d'écoulements turbulents dans un but d'application industrielle. Nous nous intéressons dans un premier temps à une nouvelle combinaison "VMS-LES/procédure dynamique" pour la simulation d'écoulements autour de cylindres circulaire et carré. L'approche VMS-LES mise en œuvre a pour originalité d'utiliser une procédure de moyennage sur des volumes finis agglomérés dans le but de séparer les échelles, l'approche dynamique étant celle introduite par Germano en LES. Une approche hybride RANS/VMS-LES est ensuite évaluée sur le problème du cylindre circulaire à des nombres de Reynolds élevés. Cette approche introduit un paramètre d'hybridation qui selon la résolution locale de grille privilège le modèle RANS ou celui VMS-LES. Enfin, les performances d'un algorithme de Schwarz deux-niveau, qui utilise les méthodes de déflation et de balancing, sont examinées d'un point de vue efficacité et scalabilité dans le cas de simulations VMS-LESThis work is a contribution to the numerical simulation of turbulent flows with the aim of industrial application. At first, we focus on a new combination "VMS-LES/dynamic procedure" for the simulation of flows around circular and square cylinders. The VMS-LES approach adopted in this work is original in using an averaging procedure over agglomerated finite volumes in order to separate the scales, the dynamic approach being the one introduced by Germano in LES. A RANS/VMS-LES hybrid approach is then evaluated on the circular cylinder test case at high Reynolds numbers. This approach introduces a hybridization parameter which privileges the RANS model or the VMS-LES model according to the grid resolution. Finally, the performance of a two-level Schwarz algorithm, which uses the deflation and balancing methods, are examined in terms of efficiency and scalability in the context of VMS-LES simulations
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Resmini, Andrea. "Analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066529.
Full textAbstract:
L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-orientedSensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control
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Bénichou, Emmanuel. "Analyse numérique des instabilités aérodynamiques dans un compresseur centrifuge de nouvelle génération." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDL0046.
Full textAbstract:
L’étude effectuée au cours de cette thèse a permis de caractériser numériquement les instabilités d’origine aérodynamique rencontrées dans un compresseur centrifuge dessiné par Turbomeca. Ce compresseur est composé d’une roue directrice d’entrée, d’un rouet centrifuge, d’un diffuseur radial et de redresseurs axiaux. Le module expérimental, dénommé Turbocel, sera accueilli au LMFA courant 2016. Le contenu de cette étude repose donc exclusivement sur des résultats numériques dont certains sont cependant comparés à des résultats expérimentaux partiels obtenus par Turbomeca sur une configuration proche. _ Le fonctionnement du compresseur est analysé à différentes vitesses de rotation, à partir de simulations RANS et URANS menées avec le code elsA. Du point de vue de la méthodologie, deux points importants sont à retenir :- Du fait du caractère transsonique de l’écoulement dans le rouet et le diffuseur radial à haut régime de rotation, les simulations RANS stationnaires ne permettent pas d’accéder à une description satisfaisante des phénomènes physiques. Cela est dû à l’utilisation d’un plan de mélange aux différentes interfaces rotor-stator qui a pour effet d’empêcher les ondes de choc de remonter à l’amont, et qui affecte tant la physique de l’écoulement que l’étendue de la plage de fonctionnement stable.- En-dessous d’un certain débit, les calculs URANS sur période machine révèlent que le comportement de l’étage n’obéit plus à la périodicité spatio-temporelle mono-canal. Une plage instable est alors obtenue à toutes les iso-vitesses simulées. A bas régime de rotation, une autre plage stable existe lorsque le compresseur est suffisamment vanné. L’étage retrouve alors une périodicité spatio-temporelle, à condition d’étendre le domaine de calcul dans le stator à deux canaux inter-aubes. En ce qui concerne les limites de stabilité de Turbocel, différentes évolutions sont décrites selon la vitesse de rotation considérée :- A haut régime de rotation, une basse fréquence commence à émerger près du point de rendement maximal et son intensité ne fait qu’augmenter jusqu.au pompage.- A bas régime, une signature basse fréquence comparable se manifeste près du point de rendement maximal mais disparaît passé un certain vannage, et n’est donc présente que sur une plage de débit délimitée. La seconde zone stable peut alors être numériquement parcourue jusqu.au pompage proprement dit. La signature basse fréquence est imputée à l’instauration d’une recirculation dans l’inducteur qui une fois établie est quasi-stationnaire. Les résultats numériques mettent en évidence que la source d’instabilité sévère sur Turbocel provient du diffuseur aubé. En fonction du point de fonctionnement, ce composant adopte des comportements différents, entre lesquels une certaine continuité existe, et ses performances chutent progressivement lorsque le débit diminue. Au final, les domaines de stabilité de l’étage de compression peuvent être reliés au type d’écoulement qui se développe dans le diffuseur radial, et apparaissent dictés par le diffuseur semi-lisse à haut régime de rotation. Enfin, afin d’étendre les plages de fonctionnement stable, une stratégie de contrôle basée sur l’aspiration de couche limite dans le diffuseur aubé a également été déterminée dans le cadre de cette thèse. Son évaluation fera l’objet d’études ultérieures sur TurbocelThe present study aims at characterizing the aerodynamic instabilities involved in a centrifugal compressor designed by Turbomeca, by means of numerical simulation. This compressor is composed of inlet guide vanes, a centrifugal impeller, a radial vaned diffuser and axial outlet guide vanes. The test module, named Turbocel, will be delivered to the LMFA in 2016. Thus, the results presented in this manuscript are only based on CFD, although some of them are compared to experimental results obtained by Turbomeca on a close configuration.RANS and URANS simulations are performed for several rotational speeds, using the elsA software.Two methodological key points are to be emphasized:- As the flow in both the impeller and the radial diffuser is transonic at high rotational speed, steady RANS simulations cannot provide a satisfactory description of the physical phenomena taking place. This can be explained by the use of the mixing plane approach which prevents shock waves to extend upstream the rotor-stator interfaces, and which impacts the flow field predicted as well as the prediction of the stable operating range.- Below a given massflow rate, URANS simulations covering the spatial period of the compressor prove that the stage behavior does not obey to the single passage spatio-temporal periodicity anymore. An unstable operating range then appears at all the simulated rotational speeds. At low rotational speed, another stable range is however obtained if the compressor is further throttled’ A new periodicity arises on this massflow range, provided that the stator domain is extended to two neighboring blade passages. Concerning the stability domains of Turbocel, different evolutions are obtained depending on the rotational speed:- At high rotational speed, a low frequency phenomenon starts to develop near the peak efficiency point and its intensity keeps increasing until surge happens.- At low rotational speed, a low frequency signature also appears near the peak efficiency point, but it then vanishes when the compressor is further throttled, so that only a restricted operating range exhibits this instability. It then gives rise to a second stable operating range which can be described numerically, ending with surge itself. The low frequency signature is attributed to the enhancement of a flow recirculation in the inducer which, once fully established, is quasi-steady. The numerical results underline that the source of severe instability in the compressor comes from the vaned diffuser. Depending on the operating point, this component can adopt different behaviors, between which a relative continuity exists, and its performances decrease when the massflow rate decresases. The overall stage performances prove that at high rotational speed, the global stability is driven by the semi-vaneless diffuser and depends on the flow developing in the radial diffuser. Finally, in order to extend the stable operating range of the compressor, a flow control strategy based on boundary layer suction has also been determined in the diffuser. Its impact on the performances of Turbocel will be deeply studied later on
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Didorally, Sheddia. "Prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux par des simulations instationnaires pour des écoulements turbulents chauffés." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0015/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’amélioration des prévisions aérothermiques qui suscite l’intérêt croissant des industriels aéronautiques. Elle consiste à évaluer l’apport des méthodes URANS avancées de type SAS dans la prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux pour des écoulements turbulents chauffés. Elle vise aussi à situer ces approches par rapports aux modèles URANS classiques de type DRSM et hybrides RANS/LES comme la ZDES. Une extension de l’approche SAS à un modèle DRSM a d’abord été proposé afin d’obtenir une meilleure restitution des tensions de Reynolds résolues et modélisées. Ce modale SAS-DRSM a été implanté dans le code elsA de l’ONERA. Nous avons ensuite évalué les approches SAS disponibles avec ce code sur la prévention d’écoulements aérothermiques rencontrés sur avion dans un compartiment de moteur. Ces études ont montré que les approches SAS améliorent la représentation des écoulements par rapport aux modèles URANS classiques. Elles aboutissent à des écoulements fortement tridimensionnels avec de nombreuses structures turbulentes. Ces structures induisent un mélange turbulent accru et donc une meilleure prévision du flux de chaleur pariétal. De plus, nos travaux ont situé les approches de type SAS comme des méthodes plus précises que les méthodes URANS classiques sans augmentation importante du coût de calcul. Les modèles SAS ne résolvent pas les plus petites structures caractéristiques du mouvement turbulent par rapport à la ZDES qui montre des prévisions supérieures. Le modèle SAS-RDSM offre néanmoins la meilleur alternative de type SAS. Enfin, l’étude du flux de chaleur turbulent semble retrouver le fait que l’hypothèse classique de nombre de Prandtl turbulent constat n’est pas valable dans toutes les zones de l’écoulementThe improvement of aerothermal predictions is a major concern for aeronautic manufacturers. In line with this issue, SAS approaches are assessed on the prediction of wall and turbulent heat fluxes for heated-turbulent flows. This study also aims at evaluating these advanced URANS methods in regard to DRSM models and hybrid RANS/LES approaches as ZDES. Firstly, we proposed to combine the SAS approach and a DRSM model in order to better reproduce both resolved and modelled Reynolds stresses. This new model, called SAS-DRSM, was implemented in ONERA Navier-Strokes code elsA. Unsteady simulations of two heated turbulent flows encountered in an aircraft engine compartment were then performed to evaluate all the SAS models available in the code. These numerical studies demonstrated that SAS approaches improve prediction of the flows compared to classical URANS models. They lead to full 3D flows with many turbulent structures. These structures favour turbulent mixing and thus induce a better prediction of the wall heat fluxes. Moreover, the numerical simulations showed that SAS methods are more accurate than classical URANS models without increasing significantly calculation costs. SAS approaches are not able to resolve the smallest turbulent structures in relation to ZDES which provides better predictions. Finally, the investigation of the turbulent heat flux suggested that the constant turbulent Prendtl number assumption, that is characteristic of classical URANS models, may not be valid in some regions of the flow
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Monroy, Charles. "Simulation numérique de l'interaction houle-structure en fluide visqueux par décomposition fonctionnelle." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00600669.
Full textAbstract:
La décomposition fonctionnelle dans les équations de Navier-Stokes est un artifice mathématique tirant profit du fait que les échelles des phénomènes associés respectivement à la propagation de la houle et à l'évolution du champ diffracté (et radié) par un corps sont nettement distinctes. Les inconnues principales du problème sont divisées en une partie incidente représentant la propagation de la houle et une partie diffractée représentant la perturbation due à la présence du corps flottant ou immergé. Cette décomposition est alors introduite dans les équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Reynolds. Les termes incidents sont obtenus explicitement par un modèle de houle incidente en théorie potentielle non-linéaire (plus précisément par une méthode spectrale) et les termes diffractés sont déterminés par la résolution des équations RANS ainsi modifiées. La génération de la houle incidente étant réalisée par un modèle en théorie potentielle, le temps de calcul associé est très faible, la qualité de la propagation est optimale et la gamme de houles envisageables est très importante. Cet avantage est combiné à une résolution globale de l'écoulement qui reste néanmoins sous l'hypothèse du fluide visqueux. Ce travail de thèse constitue une contribution au développement de la méthode SWENSE (Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations) et propose plusieurs cas de validation en houle régulière aussi bien qu'en houle irrégulière. Les limitations de la méthode sous sa forme actuelle, en particulier la problématique liée à la gestion du déferlement, sont discutées et des réponses pour y faire face sont suggérées.
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Delafosse, Angélique. "Analyse et étude numérique des effets de mélange dans un bioréacteur." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000238/.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse part d’un constat : lors de l’augmentation de la taille des bioréacteurs, des baisses significatives de performances sont observées lors de certaines cultures industrielles. Dans ces cultures, la diminution de la qualité du mélange entre la solution d’alimentation en substrat et le milieu de culture est considérée comme étant l’une des causes principales de la diminution des performances lors de l’extrapolation des bioréacteurs. L’objectif de ce travail de thèse a alors été d’étudier le mélange dans les bioréacteurs de type cuve agitée afin d’analyser les interactions potentielles entre mélange et réaction biologique. L’étude du mélange a été réalisée en utilisant la Mécanique des Fluides Numériques. Deux simulations ont été réalisées : une simulation basée sur les équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds (RANS), et une simulation des grandes échelles ou Large Eddy Simulation. La première étape de ce travail a été de valider les résultats des deux simulations réalisées avec des données expérimentales disponibles dans le jet de l’agitateur. La comparaison des données expérimentales et numériques montrent qu’une simulation permet de résoudre l’hydrodynamique avec une excellente précision, elle a donc été utilisée pour caractériser le mélange au sein de la cuve. Un traçage numérique a été réalisé afin notamment d’étudier l’influence de la position du point d’injection sur le mélange. Simultanément à l’injection des traceurs, un suivi lagrangien de particules a également été réalisé dans le but d’étudier les variations de l’environnement que peuvent expérimenter des microorganismesThis study is based on a observation : when the size of a bioreactor increases, the biological production performances tend to decrease for some industrial cultures. This decrease is due in part to the reduction of the mixing efficiency with the scale-up of the bioprocess. Thus, the aim of this thesis was to study the mixing process in a bioreactor and to analyse the interactions between mixing and biological reactions. The mixing study was performed using Computational Fluid Dynamics. Two kinds of simulation were used : a Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulation and a Large Eddy Simulation. The first step was to assess the numerical hydrodynamics of the two simulations from results obtained by Particule Image Velocimetry experiments in the impeller discharge of the stirred tank used. These first results have shown that the Large Eddy Simulation solve with an excellent accuracy the hydrodynamics, so the LES was used to caracterize mixing in the tank. The mixing of an inert scalar was followed to study the influence of the injection location on the mixing process. At the same time, a Lagrangian particle tracking was performed to study the variation of their microenvironment that can be observed by microorganisms
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Grossi, Fernando. "Physique et modélisation d’interactions instationnaires onde de choc/couche limite autour de profils d’aile transsoniques par simulation numérique." Thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://www.theses.fr/2014INPT0015/document.
Full textAbstract:
L’interaction onde de choc/couche limite en écoulement transsonique autour de profils aérodynamiques est étudiée numériquement utilisant différentes classes de modélisation de la turbulence. Les approches utilisées sont celles de modèles URANS et de méthodes hybrides RANS-LES. L’emploi d’une correction de compressibilité pour les fermetures à une équation est aussi évalué. Premièrement, la séparation intermittente induite par le choc sur un profil supercritique en conditions d’incidence proches de l’angle critique d’apparition du tremblement est analysée. Suite à des simulations URANS, la modélisation statistique la mieux adaptée est étudiée et utilisée dans l’approche DDES (Delayed Detached-Eddy Simulation). L’étude de la topologie de l’écoulement, des pressions pariétales et champs de vitesse statistiques montrent que les principales caractéristiques de l’oscillation auto-entretenue du choc sont capturées par les simulations. De plus, la DDES prédit des fluctuations secondaires de l’écoulement qui n’apparaissent pas en URANS. L’étude de l’interface instationnaire RANS-LES montre que la DDES évite le MSD (modeled stress depletion) pour les phases de l’écoulement attaché ou séparé. Le problème de la ‘zone grise’ et de son influence sur les résultats est considéré. Les conclusions de l’étude sur le profil supercritique est ensuite appliquées à l’étude numérique d’un profil transsonique laminaire. Dans ce contexte, l’effet de la position de la transition de la couche limite sur les caractéristiques de deux régimes d’interaction choc/couche limite sélectionnés est étudié. En conditions de tremblement, les simulations montrent une forte influence du point de transition sur l’amplitude du mouvement du choc et sur l’instationnarité globale de l’écoulementShock wave/boundary layer interactions arising in the transonic flow over airfoils are studied numerically using different levels of turbulence modeling. The simulations employ standard URANS models suitable for aerodynamics and hybrid RANS-LES methods. The use of a compressibility correction for one-equation closures is also considered. First, the intermittent shock-induced separation occurring over a supercritical airfoil at an angle of attack close to the buffet onset boundary is investigated. After a set of URANS computations, a scale-resolving simulation is performed using the best statistical approach in the context of a Delayed Detached-Eddy Simulation (DDES). The analysis of the flow topology and of the statistical wall-pressure distributions and velocity fields show that the main features of the self-sustained shock-wave oscillation are predicted by the simulations. The DDES also captures secondary flow fluctuations which are not predicted by URANS. An examination of the unsteady RANS-LES interface shows that the DDES successfully prevents modeled-stress depletion whether the flow is attached or separated. The gray area issue and its impact on the results are also addressed. The conclusions from the supercritical airfoil simulations are then applied to the numerical study of a laminar transonic profile. Following a preliminary characterization of the airfoil aerodynamics, the effect of the boundary layer transition location on the properties of two selected shock wave/boundary layer interaction regimes is assessed. In transonic buffet conditions, the simulations indicate a strong dependence of the shock-wave motion amplitude and of the global flow unsteadiness on the tripping location
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Laouafa, Farid. "Analyse et développement de méthodes d'éléments finis : unification et application aux lois incrémentales de type interpolation." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0081.
Full textAbstract:
Nos travaux portent d'une part sur l'analyse du problème algébrique issu d'une formulation variationnelle mixte à deux champs (vitesses et taux de contraintes), et d'autre part sur la construction d'une forme originale et très performante de l'approche à un champ (vitesses ou déplacements). La loi de comportement considérée dans ces travaux est un modèle incrémentale de type interpolation. L'analyse des différents problèmes algébriques nous a permis d'énoncer un théorème d'équivalence plus général, entre ces deux approches. Deux critères d'intégration numérique sont par ailleurs énoncés et leur interprétation physique exposée. De nombreux algorithmes de résolution du problème linéaire ou non linéaire, adaptés à la structure des problèmes algébriques sont proposés. Leurs performances sont par ailleurs démontrées. Ces travaux ont conduit à la réalisation d'un code de calcul par éléments finis multi-formulation, fonctionnant soit en mixte, soit en déplacement et soit en couplage mixte-déplacement. Nous concluons ce mémoire par la présentation de quelques simulations numériques de problèmes mécaniquesThe purpose of this thesis deals firstly with the analysis of the algebraic problem arising from a two fields mixed formulation (velocity and stress rate fields), and in a second way with the development of an original and very performant structure of the problem issued from the well-known one field displacement (or velocity) formulation. The constitutive laws considered in this work are the incremental ones involving interpolation. The analysis of the two discrete problems allows us to establish a more general theorem that states the equivalence between the two fields formulation and the one field one. Two numerical integration rule criteria are also established and their physical meaning are explained. A lot of algorithms for solving linear or nonlinear systems arising from both finite element formulations (two and single field) are proposed. Their performances are also proved. We ended this work by the presentation of the finite element program which is based upon all these considerations. So it works with the two fields formulation, the single displacement or velocity one and finally it will work simultaneously with both of these approaches (both single and two fields). This thesis is closed by simulations of some mechanical problems
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Ouadoudi, Nadia. "Simulation numérique de la phase d'initiation d'une décharge à cathode creuse de type Pseudospark." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30070.
Full textAbstract:
Le travail presente dans ce memoire est une contribution a la comprehension des phenomenes physiques qui ont lieu dans la phase d'initiation des decharges a cathode creuse de type pseudospark. Une etude basee sur un modele de monte carlo, a une dimension, a permis de quantifier l'effet de cathode creuse. Cet effet est a la base de l'accroissement de la multiplication electronique dans une decharge a cathode creuse. La simulation en deux dimensions d'une decharge a cathode creuse a ete effectuee a l'aide d'un modele hybride fluide-monte carlo, a symetrie cylindrique, dependant du temps. Ce modele auto-coherent, developpe en 1990-91, est decrit en detail dans ce memoire ainsi que les ameliorations qui lui ont ete recemment apportees. Le bon accord qualitatif entre les resultats de la simulation d'une decharge a cathode creuse a basse tension et ceux obtenus par les experiences de cartographie du champ electrique recemment effectuees dans le laboratoire de spectrometrie physique de grenoble ont permis de valider l'interpretation physique des phases de l'evolution d'une decharge pseudospark anterieurement deduite a l'aide du modele. L'influence des conditions de fonctionnement (tension appliquee, pression du gaz, geometrie) et de declenchement (intensite, position de la charge injectee) d'une decharge pseudospark declenchee exterieurement pour une application de commutation de courant eleve, sur le temps de retard au claquage (delai entre l'application de l'impulsion de declenchement et la montee du courant de la decharge) et sur l'incertitude sur le temps separant deux commutations successives (jitter) a, par ailleurs, ete deduite des simulations. Les resultats ont ete confrontes a ceux des experiences recemment menees au laboratoire de physique des gaz et des plasmas, et un bon accord qualitatif a ete note. Il en decoule que seules les dimensions du trou de la cathode ont une influence significative sur le delai au claquage
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Chauvet, Nicolas. "Simulation Numérique et Analyse Physique d'un Jet Propulsif Contrôlé par des Injections Radiales." Phd thesis, Université de Poitiers, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00218268.
Full textAbstract:
A cause de sa température élevée, le jet propulsif d'un avion de combat est une source de rayonnement infrarouge qui rend l'appareil très vulnérable. Ce rayonnement peut toutefois être réduit en accélérant le mélange du jet avec l'atmosphère. Cette thèse est consacrée à la simulation numérique d'un jet propulsif réaliste contrôlé par des injections radiales et à l'analyse physique des mécanismes d'augmentation de son mélange.
Deux types de simulations, RANS et ZDES, ont été réalisés sur la base du modèle de Spalart-Allmaras. Dans le modèle ZDES, une nouvelle longueur caractéristique de maille est formulée et améliore sensiblement la prévision de la région initiale du jet. Globalement, les simulations ZDES restituent fidèlement le champ moyen du jet supersonique sans et avec contrôle, aussi bien les cellules de détente/compression que la diffusion turbulente.
L'analyse physique est dédiée à la compréhension d'une part des mécanismes compressibles concentrées au coeur du jet et d'autre part des mécanismes tourbillonnaires périphériques ainsi qu'à l'évaluation de leurs rôles respectifs dans l'augmentation du mélange. Il en ressort que l'augmentation du mélange est exclusivement due aux mécanismes tourbillonnaires. Une étude paramétrique fournit des indications pour concevoir un mélangeur efficace. L'analyse des tourbillons focalisée sur le régime lointain quasi-bidimensionnel souligne leur dynamique moyenne et fait apparaître l'action des fluctuations turbulentes sur leur taux de dégénérescence. Enfin, deux régimes de contrôle sont identifiés et associés aux pénétrations respectivement quasi-stationnaire et intermittente des jets secondaires.
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Ballot, Jérôme. "Structure et dynamique des étoiles de type solaire : de l'héliosismologie à l'astérosismologie." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112255.
Full textAbstract:
Cette these traite de la sismologie des etoiles et des contraintes que l’on peut attendre des futures missions spatiales (corot, eddington…) sur la dynamique interne des etoiles de type solaire. Cette etude est completee par un travail de simulation numerique 3d de la convection dans une etoile jeune et des effets de la rotation sur celle-ci. Le but de ce travail est de depasser la vision quasi-statique des etoiles, qui a permis de cerner les grands principes de la vie des etoiles, mais nous a egalement montre ses limitations, en particulier pour les etoiles jeunes a travers par exemple le probleme du lithium. Aujourd’hui, la convection dans les etoiles est traitee de faÇon phenomenologique a l’aide d’un seul parametre, estime sur le soleil. Nous montrons comment mieux determiner l’etendue de la convection avec une precision de 3–5% grace aux prochaines observations corot, en tenant compte des proprietes des modes acoustiques : excitation stochastique, effet de l’activite stellaire… l'information sur la rotation est contenue dans le splitting des modes, distance separant les composantes d'un meme multiplet. Nous montrons comment extraire le taux de rotation et l’orientation de l’axe de rotation d’une etoile tournant au moins deux fois plus vite que le soleil. En deÇa, les effets de ces deux inconnues sont plus difficilement discernables. Nous avons simule les mouvements de convection dans un soleil jeune tournant jusqu’a cinq fois plus vite que le soleil. Nous avons etudie son intermittence, ainsi que la redistribution du moment cinetique et la mise en place de la rotation differentielle et de la circulation meridienne en fonction du taux de rotationThis thesis deals with the seismology of stars. We discuss the constraints which can be obtained with the future space missions (corot, eddington. . . ) on the internal dynamics of solar-like stars. This study is completed by a work on 3d numerical simulation of convection in a young star and the effects of rotation on this one. The aim of this work is to exceed the quasi-static vision of the stars. This vision enabled us to determine the great principles of stellar evolution, but has also showed us its limitations, in particular for young stars, for example with the problem of lithium. Nowadays the convection in stars is treated in a phenomenological way using only one parameter, estimated on the sun. We show how to determine the extent of the convection with an accuracy of 3–5% with the next corot observations. We have taken into account the properties of the acoustic modes: stochastic excitation, effect of the stellar activity… information on stellar rotation is contained in the splitting of modes, distance separating the components of a multiplet. We show how to extract the rotation rate and the orientation of the rotation axis of a star spinning at least twice faster than the sun. For less slowly rotating stars, the effects of these two unknown factors are discernible with more difficulty. We simulated the movements of convection in a young sun spinning up to five times more quickly than the sun. We studied his intermittency, the redistribution of the kinetic moment and the installation of differential rotation and meridian circulation, according to the rotation rate
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Eyogo-Beyeme, Jean-Bernard. "Simulation numérique d'écoulements laminaires et turbulents à l'aide d'une formulation éléments finis de type Petrov-Galerkin." Lille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LIL10190.
Full text
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Thiam, Mor Tallla. "Développement et validation expérimentale d'une approche numérique pour la simulation de l'aérodynamique et de la thermique d'un véhicule à trois roues." Thèse, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/9724.
Full textAbstract:
La compréhension de l'aérothermique d'un véhicule durant sa phase de développement est une question essentielle afin d'assurer, d'une part, un bon refroidissement et une bonne efficacité de ses composants et d'autre part de réduire la force de traînée et évidement le rejet des gaz à effet de serre ou la consommation d'essence. Cette thèse porte sur la simulation numérique et la validation expérimentale de l'aérothermique d'un véhicule à trois roues dont deux, en avant et une roue motrice en arrière. La simulation numérique est basée sur la résolution des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie en utilisant l'approche RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Le rayonnement thermique est modélisé grâce à la méthode S2S (Surface to Surface) qui suppose que le milieu séparant les deux surfaces rayonnantes, ici de l'air, ne participe pas au processus du rayonnement. Les radiateurs sont considérés comme des milieux poreux orthotropes où la perte de pression est calculée en fonction de leurs propriétés inertielle et visqueuse; leur dissipation thermique est modélisée par la méthode Dual flow. Une première validation de l'aérodynamique est faite grâce à des essais en soufflerie. Ensuite, une deuxième validation de la thermique est faite grâce à des essais routiers. Un deuxième objectif de la thèse est consacré à la simulation numérique de l'aérodynamique en régime transitoire du véhicule. La simulation est faite à l'aide de l'approche Detached eddy simulation (DES). Une validation expérimentale est faite à partir d'étude en soufflerie grâce à des mesures locales de vitesse à l'aide de sondes cobra.
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Martinez-Ramirez, Bernardo. "Contribution à l'étude numérique des écoulements turbulents inertes et réactifs stabilisés en aval d'un élargissement brusque symétrique." Phd thesis, Université de Poitiers, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012093.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à la simulation numérique des écoulements inertes et réactifs stabilisés en aval d'un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés d'air ou air+propane.L'objectif est, d'une part, de tester sur une géométrie "simple", une modélisation de la combustion en écoulements turbulents et en régime de prémélange et, d'autre part, d'estimer le niveau de précision obtenue afin de pouvoir quantifier une éventuelle amélioration liée à l'utilisation de modèles plus sophistiqués. Le modèle de turbulence k-epsilon sous sa forme standard avec la loi de paroi, et le modèle de combustion du type PDF présumé, modèle CLE, ont été retenus pour nos simulations.
Une étude préliminaire du type KPP nous a permis de déduire les caractéristiques propagatives des zones de réactions moyennes à richesse constante, calculées sur la base du modèle de combustion retenu.
Dans ce travail, ont été simulés : trois écoulements inertes et trois écoulements réactifs à richesse constante pour nombres de Reynolds égaux à 25000, 50000 et 75000 et deux écoulements réactifs à richesse variable pour nombre de Reynolds 25000.
Concernant les écoulements inertes, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement des deux zones de recirculation moyennes. Pour les écoulements réactifs à richesse constante, on retrouve également la resymétrisation de l'écoulement moyen observée expérimentalement.
En revanche, la longueur des zones de recirculation moyenne est fortement sous-estimée par le calcul.
Un comportement auto-semblable dans la zone proche de l'élargissement est également retrouvé. Pour les écoulements à richesse variable, la perte de symétrie de l'écoulement moyen est bien retrouvée, mais les longueurs des zones de recirculation moyennes sont toujours sous-estimées par le calcul. Des indicateurs quantitatifs d'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sont fournis pour les écoulements inertes et réactifs considérés, permettant à l'avenir, d'estimer le gain apporté par le recours à des simulations basées sur une évolution ou sur une amélioration de modèles physiques retenus de le cadre de cette étude.
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Fortin, Mélissa. "Étude numérique des phénomènes transitoires dans une turbine axiale de type hélice durant l'emballement." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26780.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente l’étude numérique d’un emballement de turbine hydraulique axiale à échelle modèle. Cet état transitoire est simulé du point de meilleur rendement jusqu’à l’atteinte de 95% de la vitesse d’emballement. Pour ce faire, une méthodologie numérique est développée à l’aide du logiciel commercial ANSYS CFX en utilisant une approche "Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes" avec modèle de turbulence k-ε. Cette méthodologie numérique a été validée grâce à des mesures expérimentales de pression acquises en situation d’emballement sur les aubes d’une roue de turbine axiale étudiée au Laboratoire de Machines Hydrauliques de l’Université Laval. La validation des simulations numériques a été réalisée grâce à des comparaisons dans les domaines temporel et fréquentiel entre les pressions mesurées expérimentalement et calculées numériquement. Les analyses fréquentielles en transitoire ont été effectuées à l’aide de transformées en ondelettes afin de représenter l’évolution temporelle du spectre de fréquence. Des analyses qualitatives de phénomènes hydrauliques prenant place dans la turbine sont aussi présentées. Les analyses effectuées ont permis de confirmer le développement d’un tourbillon en précession par rapport à la roue dans l’aspirateur provocant les fluctuations de pression dominantes à des fréquences subsynchrones. La comparaison entre les données expérimentales et numériques a permis de valider une stratégie de simulation transitoire et d’en définir les limites en vue de prochaines simulations d’emballement. Des tests supplémentaires sont suggérés pour améliorer la précision ou le niveau de confiance de la méthode.This work presents a numerical study of a runaway event (from the load rejection at BEP to 95% of the runaway speed) for a model propeller turbine. To do so, a numerical methodology, based on the “Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes” approach with k-ε turbulence model, is developed with the commercial CFD solver ANSYS CFX. This methodology is validated with pressure measurements on the runner blades of a propeller model turbine during a runaway event at the Hydraulic Machines Laboratory of Laval University. Comparisons between experimental pressure measurements and numerical pressure simulations in time domain and frequency domain are mainly used to validate the numerical methodology. The transient frequency analysis are performed with Wavelet to represent the time evolution of the frequency spectrum. Qualitative analysis of the hydraulic phenomena developed during the transient event are also carried out. Numerical analysis showed the development and the evolution of a vortex rope in the draft tube associated with high pressure fluctuations. Comparisons between experimental and numerical data revealed the limits of the methodology that will need adjustments for future works.
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Colin, Claire. "Analyse et simulation numérique par méthode combinée Volumes Finis - Éléments Finis de modèles de type Faible Mach." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I022/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions des écoulements caractérisés par un faible nombre de Mach. Dans une première partie, nous développons un schéma numérique permettant la résolution des équations de Navier-Stokes à faible nombre de Mach. L’équation de continuité est résolue par une méthode de volumes finis, tandis que l’équation de conservation de la quantité de mouvement et l’équation d’évolution de la température sont résolues par éléments finis. Le schéma ainsi développé assure la préservation des états constants. Dans une seconde partie, nous faisons l’analyse d’un modèle de type faible Mach spécifique, dans lequel la pression thermodynamique est considérée constante, et la viscosité est une fonction particulière de la température. Nous montrons l’existence, l’unicité et la régularité des solutions, ainsi qu’un résultat de principe du maximum pour la température. Enfin dans une troisième partie, nous développons un schéma numérique permettant de simuler les équations de ce modèle. L’accent est mis sur la discrétisation de l’équation de température, qui est de type volumes finis. Plusieurs schémas sont étudiés et comparés sur des critères de précision et de respect du principe du maximum. L’équation de conservation de la quantité de mouvement est discrétisée par éléments finis, définissant un nouveau schéma combinéIn this thesis, we study some flows characterized by a low Mach number. In a first part, we develop a numerical scheme allowing the resolution of the Navier-Stokes equations in the low Mach number approximation. The continuityequation is solved by a finite volume method, while the momentum and temperature equations are solved by finite elements. The scheme ensures the preservation of constant states. In a second part, we analyze a specific low Mach type model, in which the thermodynamic pressure is considered constant, and the viscosity is a particular function of the temperature. We show the existence, the uniqueness and the regularity of the solutions, as well as a maximum principle result for the temperature. Finally, in a third part, we develop a numerical scheme to simulate the equations of this model. Emphasis is placed on the discretization of the temperature equation, which is of finite volume type. Several schemes are studied and compared on criteria of precision and respect of the maximum principle. The momentum equation is discretized by finite elements, defining a new combined scheme
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Gougeon, Pierre. "Interactions aérodynamiques entre une turbine haute pression et le premier distributeur basse pression." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0026/document.
Full textAbstract:
L’amélioration des performances des turboréacteurs actuels est un enjeu crucial dans un contexte de contraintes économiques et environnementales fortes. Au sein du turboréacteur, le canal inter-turbines, localisé à l’interface entre la turbine Haute Pression (HP) et le premier distributeur Basse Pression (BP), est le siège d’écoulements très complexes. Ainsi, les structures aérodynamiques issues de la turbine HP (sillages, tourbillons et ondes de choc) interagissent fortement entre elles et impactent l’écoulement du distributeur BP, engendrant ainsi des pertes de rendement de l’ensemble de la configuration. Ce travail de thèse s’attache à étudier les phénomènes d’interactions aérodynamiques entre une turbine HP et le premier distributeur BP et à analyser les mécanismes à l’origine des pertes aérodynamiques dans le distributeur BP. Une campagne expérimentale antérieure, réalisée sur un banc d’essai comprenant une turbine HP couplée à un distributeur BP, avait permis de recueillir des mesures de l’écoulement dans des plans situés dans le canal inter-turbines et à l’aval du distributeur BP. En lien avec ces résultats expérimentaux, les simulations numériques menées dans cette étude avec le logiciel elsA s’attachent à restituer précisément la nature tridimensionnelle, instationnaire et turbulente de l’écoulement au sein de cette même configuration. Ces travaux se développent alors en trois étapes principales. Dans un premier temps, une étude stationnaire avec traitement plan de mélange permet de comprendre et quantifier les aspects généraux de l’écoulement. Une évaluation de l’effet de la modélisation turbulente RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) et du schéma numérique spatial sur les structures aérodynamiques présentes dans la configuration est réalisée. Dans un deuxième temps, une modélisation turbulente avancée de type ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) est employée pour la résolution de l’écoulement dans le distributeur BP. Les structures aérodynamiques instationnaires issues de la roue HP amont sont modélisées par une condition limite à l’entrée du domaine de calcul. L’approche ZDES est comparée à une approche Unsteady RANS (URANS) sur la même configuration. La formation et la dissipation des sillages et des tourbillons est significativement différente entre les deux modélisations, ce qui impacte de manière importante la génération des pertes aérodynamiques. Enfin, des simulations URANS de plusieurs configurations permettent de mieux comprendre les effets d’interaction entre les différentes rangées d’aubes. Ainsi, les approches instationnaires chorochroniques prenant en compte un seul rotor et un seul stator évaluent des effets instationnaires importants dans le canal inter-turbines. Ces approches conduisent à la mise en oeuvre d’un calcul sur une configuration multipassages-chorochronique prenant en compte les deux stators et le rotor afin de modéliser complètement les interactions déterministes existantes. Afin de quantifier celles-ci avec précision, une décomposition modale du champ instationnaire est mise en place. Les niveaux d’interactions liées aux différentes roues sont alors quantifiés et l’impact sur les pertes aérodynamiques est évaluéImproving the performance of current aeronautical turbines is an important issue in a context of severe economical and environmental constraints. In a turbofan, the inter-turbine channel which is located between the High-Pressure (HP) turbine and the first Low Pressure (LP) vane is characterized by a complex flow. Therefore aerodynamic structures coming from the HP turbine (wakes, vortices and showkwaves) strongly interact between each other and affect the LP vane flow field. This generates efficiency losses of the overall configuration. This PhD thesis aims at studying the aerodynamic phenomena between a HP turbine and the first LP vane and at analyzing the mechanisms creating aerodynamic losses. A previous experimental campaign, which was carried out on a facility including a HP turbine coupled to a LP vane, enabled to gather flow field measurements in planes located in the inter-turbine channel and downstream of the LP vane. In comparison with these experimental data, the numerical simulations done with elsA software intend to reproduce accurately the 3D, unsteady and turbulent nature of the flow within this configuration. The work can be divided into three mains steps. As a first step, steady simulations with a sliding mesh treatment enable to understand the general aspects of the flow. An assessment of the effects of RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) turbulent predictions and of spatial numerical schemes on the aerodynamic structures present in the configuration is carried out. As a second step, the advanced turbulence approach ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) is considered for the LP vane flow prediction. The unsteady aerodynamic structures coming from the upstream HP rotor are set as an inlet boundary condition of the computational domain. The ZDES approach is compared to a URANS (Unsteady RANS) approach on the same computational domain. The generation and dissipation of the wakes and vortices are significantly different on the two simulations, and thus impact the creation of aerodynamic losses. Finally, URANS simulations enable to better understand the interaction effects between the different blade rows. First, the unsteady phase-lagged approaches that take into account a single rotor and stator assess the important unsteady effects in the inter-turbine channel. They finally lead to the implementation of a multipassages phase-lagged computation that takes into account the two stators and the rotor in order to model all the existing determinist interactions. In order to quantify them accurately, a modal decomposition of the unsteady flow field is set up. The interaction levels linked to the different blade rows are therefore quantified and the impact of the aerodynamic losses is evaluated
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Le, Roux Mélanie. "Simulation numérique du mouvement et de la déformation des neutrophiles : influence de la rhéologie et du type d'écoulement." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://oatao.univ-toulouse.fr/8868/1/Leroux.pdf.
Full textAbstract:
La faible déformabilité et l'accumulation des neutrophiles (globules blancs) dans les capillaires pulmonaires peuvent entraîner des syndromes de détresse respiratoire. Nous étudions le comportement des neutrophiles grâce à un code numérique diphasique de type Volume Of Fluid dans différentes configurations confinées. Les cellules sont représentées successivement par quatre modèles différents : dans un premier temps, nous les modélisons par un fluide newtonien caractérisé par sa viscosité et sa tension de surface. Le noyau très visqueux qu'elles contiennent est pris en compte dans un second temps sous forme d'un solide non-déformable grâce à une méthode de frontières immergées. Puis les effets élastiques sont considérés en modélisant le cytoplasme de la cellule par un fluide visco-élastique d'Oldroyd-B. Enfin, une membrane élastique est introduite autour du cytoplasme afin de séparer le mouvement du cytoplasme de celui du plasma. Nous examinons le comportement des cellules ainsi modélisées dans trois configurations : une géométrie de canaux en croix générant en son centre des écoulements linéaires, comme le dispositif des rouleaux de Taylor, une contraction isolée et un réseau périodique dans lequel la cellule traverse plusieurs contractions successives. Alors que la première configuration permet de placer les cellules dans des écoulements de déformation ou de cisaillement pur, les deux autres géométries se rapprochent davantage des configurations réelles. Les résultats mettent en évidence les différences de comportement de la cellule selon le modèle choisi. L'introduction d'un fluide visco-élastique diminue la viscosité effective des cellules et facilite ainsi leurs déformations et leur entrée dans les contractions géométriques. La membrane en revanche modifie de manière notable la forme des cellules et diminue leurs déformations.
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Stauffert, Maxime. "Simulation numérique d'écoulements compressibles complexes par des méthodes de type Lagrange-projection : applications aux équations de Saint-Venant." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLV045/document.
Full textAbstract:
On étudie dans le cadre de la thèse une famille de schémas numériques permettant de résoudre les équations de Saint-Venant. Ces schémas utilisent une décomposition d'opérateur de type Lagrange-projection afin de séparer les ondes de gravité et les ondes de transport. Un traitement implicite du système acoustique (relié aux ondes de gravité) permet aux schémas de rester stable avec de grands pas de temps. La correction des flux de pression rend possible l'obtention d'une solution approchée précise quel que soit le régime d'écoulement vis-à-vis du nombre de Froude. Une attention toute particulière est portée sur le traitement du terme source qui permet la prise en compte de l'influence de la topographie. On obtient notamment la propriété dite équilibre permettant de conserver exactement certains états stationnaires, appelés état du "lac au repos". Des versions 1D et 2D sur maillages non-structurés de ces méthodes ont été étudiées et implémentées dans un cadre volumes finis. Enfin, une extension vers des méthodes ordres élevés Galerkin discontinue a été proposée en 1D avec des limiteurs classiques ainsi que combinée avec une boucle MOOD de limitation a posterioriIn this thesis we study a family of numerical schemes solving the shallow water equations system. These schemes use a Lagrange-projection like splitting operator technique in order to separate the gravity waves and the transport waves. An implicit-explicit treatment of the acoustic system (linked to the gravity waves) allows the schemes to stay stable with large time step. The correction of the pressure fluxes enables the obtain of a precise approximation solution whatever the regime flow is with respect to the Froude number. A particular attention has been paid over the source term treatment which permits to take the topography into account. We especially obtain the so-called well-balanced property giving the exact conservation of some steady states, namely the "lake at rest" state. 1D and 2D versions of this methods have been studied and implemented in the finite volumes framework. Finally, a high order discontinuous Galerkin extension has been proposed in 1D with classical limiters along with a combined MOOD loop a posteriori limiting strategy
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Corot, Théo. "Simulation numérique d'ondes de choc dans un milieu bifluide : application à l'explosion vapeur." Thesis, Paris, CNAM, 2017. http://www.theses.fr/2017CNAM1125/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la simulation numérique de l'explosion vapeur. Ce phénomène correspond à une vaporisation instantanée d'un volume d'eau liquide entraînant un choc de pression. Nous nous y intéressons dans le cadre de la sûreté nucléaire. En effet, lors d'un accident entraînant la fusion du cœur du réacteur, du métal fondu pourrait interagir avec de l'eau liquide et entraîner un tel choc. On voudrait alors connaître l'ampleur de ce phénomène et les risques d'endommagements de la centrale qu'il implique. Pour y parvenir, nous utilisons pour modèle les équations d'Euler dans un cadre Lagrangien. Cette description a l'avantage de suivre les fluides au cours du temps et donc de parfaitement conserver les interfaces entre l'eau liquide et sa vapeur. Pour résoudre numériquement les équations obtenues, nous développons un nouveau schéma de type Godunov utilisant des flux nodaux. Le solveur nodal développé durant cette thèse ne dépend que de la répartition angulaire des variables physiques autour du nœud. De plus, nous nous intéressons aux changements de phase liquide-vapeur. Nous proposons une méthode pour les prendre en compte et mettons en avant les avantages qu'il y a à l'implémentation de ce phénomène dans un algorithme LagrangienThis thesis studies numerical simulation of steam explosion. This phenomenon correspond to a fast vaporization of a liquid leading to a pressure shock. It is of interest in the nuclear safety field. During a core-meltdown crisis, molten fuel rods interacting with water could lead to steam explosion. Consequently we want to evaluate the risks created by this phenomenon.In order to do it, we use Euler equations written in a Lagrangian form. This description has the advantage of following the fluid motion and consequently preserves interfaces between the liquid and its vapor. To solve these equations, we develop a new Godunov type scheme using nodal fluxes. The nodal solver developed here only depends on the angular repartition of the physical variables around the node.Moreover, we study liquid-vapor phase changes. We describe a method to take it into account and highlight the advantages of using this method into a Lagrangian framework
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Baricault, Nicolas. "Modélisation de la combustion des sprays par une approche de type RANS/PDF calculée : Prise en compte de l'intermittence aux petites échelles." Rouen, 2005. http://www.theses.fr/2005ROUES039.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est consacré à la modélisation de la combustion des sprays par une approche de type RANS/PDF calculée. L'accent est mis sur la prise en compte de l'intermittence aux petites échelles dans le phénomène de mélange turbulent. Pour le cas du mélange en présence de gouttes de vaporisant, le modèle de micro-mélange de Sabel'nikov & Gorokhovski a été étendu. L'application de ce modèle est faite dans le cadre d'un couplage entre un code de calcul numérique RANS (KIVA II) et une autre méthode de type PDF calculée. Deux types de problèmes sont considérés : (i) la modélisation de l'auto-allumage et de la formation des suies dans un spray turbulent de type Diesel ; (ii) la modélisation d'une flamme libre de méthanol avec un coflow d'air. Dans le premier cas, la PDF jointe des scalaires est modélisée par les particules stochastiques avec la chimie globale (modèle d'auto-allumage de type Shell ; modèle de formation des suies de Borghi & Gorokhovski). Cette modélisation permet de calculer le taux turbulent des réactions chimiques de façon exacte. L'approche réalisée permet de modéliser l'auto-allumage et la formation des suies de façon plus réaliste par rapport à l'approche standard : le temps de l'auto-allumage et les fluctuations de température sont prédits plus proche de l'expérience ; les distributions de suies correspondent également mieux aux mesures ; les champs de scalaires calculés possèdent une structure avec des îlots. Pour le deuxième problème, une méthode de fractionnement de l'équation PDF jointe est proposée. Notamment, les termes de transport de cette équation ainsi que le mélange dans l'espace des phases sont résolus par la méthode de type différences finies alors que la chimie est modélisée en utilisant la méthode de type Monte-Carlo pour les particules stochastiques. Cela permet l'égalité entre la moyenne RANS et celle de la PDF et la réduction considérable du temps de calcul. L'influence de la vitesse du coflow sur la structure de la flamme est étudiée et comparée à l'expérienceThis work of thesis is devoted to the modeling of the combustion of the sprays by an approach of the type RANS/calculated PDF. The stress is laid on the taking into account of the intermittency at the small scales in the phenomenon of turbulent mixture. For the case of the mixture in the presence of vaporizing drops, the model of micro-mixing by Sabel'nikov & Gorokhovski was extended. The application of this model is made within the framework of a coupling between a numerical computer code RANS (KIVA II) and a calculated method of the type PDF. Two types of problems are considered : (i) the modeling of the auto-ignition and the formation of soot in a turbulent spray of Diesel type; (ii) the modeling of a free methanol flame with a coflow of air. In the first case, the joint PDF of the scalars is modeled by the stochastic particles with global chemistry (model of auto-ignition of the Shell type; model of formation of soot by Borghi & Gorokhovski). This modeling makes it possible to calculate the turbulent rate of the chemical reactions in an exact way. The approach carried out makes it possible to model the auto-ignition and the formation of soot in a more realistic way compared to the standard approach: the time of auto-ignition and the fluctuations of temperature are predicted nearer to the experiment; the distributions of soot correspond also better to measurements; the fields of calculated scalars have a structure with small islands. For the second problem, a method of fractionation of the equation of the joint PDF is proposed. In particular, the terms of transport of this equation as well as the mixture in the space of the phases are solved by the type finished differences whereas chemistry is modeled by using the method of Monte Carlo type for the stochastic particles. That allow the equality between average RANS and that of the PDF and the considerable reduction of the computing time. The influence of the speed of the coflow on the structure of the flame is studied and compared with the experiment
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Sardo, Lucas. "Modélisation et simulation numérique de la thermomécanique des écoulements dans les co-malaxeurs." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM044/document.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail a été de modéliser les écoulements de polymères dans les co-malaxeurs de type BUSS. Le co-malaxeur est une extrudeuse particulière utilisée comme une boite noire depuis des dizaines d’années par des industriels. Sur le fourreau sont fixés des doigts de malaxage et la vis principale dispose d’interruptions de filets et oscille pour permettre le passage des doigts de malaxage dans les différents chenaux. Cet outil est utilisé pour gélifier du PVC ou disperser des charges dans des matrices polymères. Ce travail de thèse répond donc à un besoin industriel puisque, actuellement, mettre au point un produit nécessite de nombreuses heures d’essais coûteux.Un modèle thermomécanique instationnaire en deux dimensions fondé sur les approximations d’Hele-Shaw a été développé. La discrétisation du domaine du co-malaxeur a été faite par éléments finis. La résolution numérique s’effectue par éléments finis et éléments finis stabilisés par SUPG. La modélisation nous permet d’obtenir en tout point du domaine de calcul la pression, les vecteurs débits, les vitesses de cisaillement, la viscosité et la température.Les résultats issus des simulations nous permettent d’obtenir des ordres de grandeur de pressions et températures et des indices de mélange pour différentes conditions procédés. Une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et des essais expérimentaux montre que, dans les zones remplies, le modèle donne des résultats satisfaisantsThe aim of this study was to model molten polymers flow in BUSS type co-kneaders. The BUSS co-kneader is a particular single-screw extruder. It is composed of a rotating screw like standard single screw extruders, but with interrupted flights and mixing pins fixed to the barrel. The screw has also an axial reciprocal movement. It has been used for decades in industry for its mixing capacities, specifically for PVC gelification or polymer compounding with fibres, additives or carbon black. This work is therefore answering to nowadays industrial needs, as developing new products is expensive and time consuming.A 2D time-dependent thermomechanical model based on Hele Shaw approximations was developed and the co-kneader domain was discretized by finite elements. The numerical problem was solved by finite elements and SUPG stabilized finite elements. This model provides, at every point of the calculation domain, the pressure, throughput vectors, shear rates, viscosity as well as temperature.Simulation results provide pressure and temperature orders of magnitude, as well as information on polymer mixing depending on process parameters. A comparison between the model and experimental trials shows a satisfactory agreement in the filled zones
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Benarafa, Younes. "Application du couplage RANS / LES aux écoulements turbulents à haut nombre de Reynolds de l'industrie nucléaire." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011371.
Full textAbstract:
La difficulté principale de réaliser la simulation numérique d'un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds est de préserver la capture des effets instationnaires sans induire un coût de calcul prohibitif. Nous avons, tout d'abord, exhibé les principaux défauts des simulations des grandes échelles avec un modèle de paroi standard dans une configuration de canal plan bi-périodique dans un contexte de maillage grossier. Dans ce cadre, nous avons proposé deux approches basées sur une stratégie de couplage RANS/LES pour corriger pour corriger ces défauts. La première repose sur l'application du modèle de paroi TBLE à une simulations des grandes échelles, qui consiste à résoudre des équations de couche limite simplifiées et instationnaires avec une modélisation de type RANS dans la zone proche paroi. La seconde consiste à réaliser simultanément un calcul RANS et une simulation des grandes échelles dont le champ filtré moyen sera corrigé grâce au calcul RANS par l'intermédiaire d'un terme de forçage. Ces différentes méthodes de modélisations ont été implémentéesdanns le code de calcul TRIO_U du CEA Grenoble. Les configurations étudiées sont le canal plan bi-périodique et un écoulement pariétal dans une matrice d'obstacles cubiques. Les deux approches fournissent des résultats encourageants et permettent d'effectuer des simulations instationnaires à un coût numérique réduit.
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Do, Cao Long Olivier. "Convection et magnétisme dans les étoiles de type solaire (G & K)." Paris 7, 2013. https://theses.hal.science/tel-00983335.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie l’origine et le fonctionnement du magnétisme et des processus dynamiques dans les étoiles de type solaire en se basant sur un travail théorique et sur des simulations numériques multidimensionelles. À partir de simulations à la fois 2D (code STELEM) et 3D (code ASH) nous étendons aux autres étoiles de types spectral G & K les travaux récents effectués sur le Soleil. Grâce à cette double approche nous sommes capables de mettre en évidence les mécanismes et paramètres clés pour expliquer le magnétisme et la rotation des étoiles. Le manuscrit est séparé en 4 parties. La première introduit le contexte et les notions clés de la dynamique des intérieurs stellaires, et en particulier, l’effet dynamo. On s’appuiera sur les connaissances détaillées que l’on a du Soleil, puis on les comparera aux autres étoiles pour distinguer ce qui lui est spécifique de ce qui est générique aux étoiles. La deuxième partie présente les résultats obtenus en utilisant le code 2D STELEM. Nous modé- lisons alors l’évolution du champ magnétique à grande échelle spatiale sur des temps de l’ordre de la période du cycle solaire (environ 11 ans) pour mieux comprendre l’effet dynamo qui lui a donné naissance. Nous montrons alors que les modèles solaires actuels ne sont pas en mesure de reproduire les observations lorsque l’on étend ce modèle à des étoiles en rotation rapide, sauf si l’on prend en compte le mécanisme de pompage turbulent, et sous des conditions précises. Puis, on a amélioré ces modèles cinématiques en incorporant l’effet Malkus Proctor qui prend en compte la rétroaction de la force de Lorentz sur la vitesse longitudinale. Nous montrons alors que l’on est capable de reproduire les oscillations torsionnelles solaires et de voir comment leurs caractéristiques évoluent avec le taux de rotation. La troisième partie se concentre sur les simulations numériques hautes performances 3D avec le code ASH. Contrairement au code précédent, ce dernier résoud l’intégralité des équations de la MHD. Nous avons étudié, d’abord hydrodynamiquement, comment la masse et la rotation influencent les propriétés de l’enveloppe convective, d’abord en la simulant de manière isolée, puis en prenant en compte le couplage avec la zone radiative sous jacente. Nous montrons que la dynamique est principalement régie par le nombre de Rossby et que ses caractéristiques deviennent opposées lorsque ce nombre devient supérieur à l’unité. Nous donnons également les lois d’échelles reliant les caractéristiques de l’écoulement (rotation différentielle, circulation méridienne etc. ) en fonction de la masse et du taux de rotation. Enfin, la dernière partie se veut être une perspective générale du travail présenté précédemment. Nous développons des simulations 3D dans des étoiles en rotation rapide, prenant en compte le champ magnétique. Dans ces étoiles, le champ magnétique s’organise en rubans entrelacés concentrés à l’équateur et tire son énergie magnétique à la fois de l’énergie cinétique des mouvements convectifs mais aussi de la forte rotation différentielle. Enfin, nous évaluons comment l’utilisation conjointe de ces deux types de simulations (2D et 3D) peut être bénéfiqueThis thesis aims at understanding the internal dynamics of solar-type stars and the origin of their magnetism. We will explore the complex nonlinear interactions between convection, rotation and magnetism conducting both 2D (STELEM code) and 3D (ASH code) numerical simulations. This dual approach will unveil the mechanisms and key parameters behind those physical processes. While the Sun has played a central role in previous studies, this work extends our knowledge to G and K stars. This manuscript is divided into 4 parts. The first one introduces the concepts behind internal stellar dynamics, and emphasizes the dynamo effect. Accurate observations of the Sun will be compared to stellar data, allowing us to determine what is specific to the Sun and what is generic for all stars. The second part reports the results obtained with the 2D STELEM code. This code allows us to study the generation and evolution of the large scale magnetic fields on a timescale comparable to the solar cycle period (11 years), giving us insight into the underlying dynamo processes at work. We show that the current solar models cannot reproduce the observations, when applied to rapidly rotating stars, unless we consider a turbulent pumping mechanism under specific conditions. Then, we have improved these kinematic models by taking into account the large scale magnetic field feedback on the longitudinal velocity component, called the Malkus Proctor effect. The models are now able to reproduce the solar torsional oscillations and can predict how their properties evolve with rotation rate. The third part focuses on 3D numerical simulations running on massively parallel supercomputers, using the ASH code. In constrast with the previously described code, ASH explicitly resolves the full MHD equations. We have studied (hydrodynamically) how the convective properties of G and K stars change as function of mass and rotation rate, first by considering the convective envelope alone, then by taking into account the dynamical coupling with the underlying radiative zone. We show that the dynamics is mainly driven by the Rossby number, and that the flow caracteristics qualitatively change when the Rossby number is above unity. We also derive scaling laws for the global flows properties (differential rotation, meridional circulation, etc. ) as function of mass and rotation rate. The last part sums up the main results and the perspectives of the work presented above. We are developing 3D numerical simulations involving magnetic dynamo action in rapidly rotating stars. In these stars, the magnetic field is self-organized in strong wreathes close to the equator extracting its energy from the convective kinetic energy but also from the strong differential rotation. Finally, we explain the benefits of a combined approach that uses both 2D and 3D models
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Dormegnie, Dany. "Contribution à l'étude de lois de similitude applicables au crash de structures composites stratifiés du type absorbeur d'énergie." Valenciennes, 2001. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/84b7c38a-1ac4-4664-b7de-c6055cd1be05.
Full textAbstract:
Ces travaux se proposent d'étudier en dynamique rapide l' influence de la réduction d'échelle d'une structure en composite stratifié. Premièrement, une étude numérique est réalisée sur deux structures du type absorbeur d'énergie. Malgré les limitations du code de calcul, les simulations réalisées permettent de proposer des techniques d'agencement de plis sur l'énergie absorbée et de l'accélération de nœuds. Deuxièmement, une étude de caractérisation est menée en statique et en dynamique afin de déterminer les paramètres et les effets de la vitesse de sollicitation sur notre composite. Une influence de la dynamique est mise en évidence à partir d'une vitesse d'essai seuil sur des éprouvettes de géométrie simple. Enfin, une campagne expérimentale est menée sur une structure de forme oméga. Cette campagne montre que la dynamique n'a plus les mêmes effets et que les relations de similitude employées semblent être en mesure d'apporter des solutions à modes de ruine équivalentThis work proposes the study of the influence scale reduction of a laminated composite structure in fast dynamics. First of all, a numerical study is done with an explicit finite element code on two absorbing energy structures. In spite of the computer code limitations, the simulation proposes some plies layout techniques in order to determine the absorptive energy and node acceleration. In a second time, an experimental study is made so as to determine the characteristic parameters and the speed effects on our composite material. In this study, the influence of dynamic loading is highlighted from a speed test threshold based on simple geometry test samples. In the end, an experimental campaign is carried out on an omega form structure. Firstly, in this geometrical configuration, dynamic loading do not have the same effects on the results and secondly the relations of similitude employed seem to be able to give us some solutions, provided to reproduce the same modes of ruin damage
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Perini, Jean-Bernard. "Étude et simulation d'un procédé de codage en sous-bandes de type amplitude-phase : application à la compression numérique du signal de la parole." Nice, 1986. http://www.theses.fr/1986NICE4017.
Full textAbstract:
On propose un nouveau type de codage pour les vocodeurs a bande de base qui permet la réduction du débit binaire tout en préservant la qualité de la voix comprimée : un procédé de codage amplitude-phase
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Pain, R. "Simulation numérique, analyse physique et contrôle d'écoulements massivement décollés. Application au buffeting culot et à l'ovalisation de la tuyère sur des configurations de lanceur." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01009854.
Full textAbstract:
Le développement de l'accès à l'espace s'inscrit dans le contexte scientifique et économique actuel comme un enjeu majeur de l'industrie et de la recherche. Un des objectifs principaux est d'augmenter la capacité et le confort de la charge utile pour réduire les coûts de transport vers l'espace. L'exploitation des données en vol du lanceur Ariane 5 a mis en évidence la présence de fluctuations de pression pouvant induire des efforts instationnaires repris par les vérins du moteur Vulcain. Ces efforts s'exercent dans la zone décollée du culot d'un lanceur normalement à l'axe de la poussée, et sont qualifiés de charges latérales. Cette observation conduit à l'étude de deux aspects. Dans un premier temps, la dynamique des écoulements massivement décollés d'arrière-corps, à haut nombre de Reynolds et en régime compressible est considérée au moyen de simulations numériques ZDES. Une analyse approfondie des champs instantanés, moyens et fluctuants est réalisée au moyen de post-traitements avancés. Notamment, le champ tri-dimensionnel de pression fluctuante dans la région du culot fait l'objet d'analyses spectrales (Fourier) et modales (DMD) massives. Ensuite, le contrôle des phénomènes potentiellement nuisibles au confort de la charge utile à savoir le buffeting culot et l'ovalisation de tuyère est abordé. L'analyse physique de l'écoulement sur une géométrie tri-corps permet la conception d'un dispositif de contrôle adapté. Enfin, l'effet de deux dispositifs retenus (quatre jets équirépartis en azimut sur le corps central et augmentation de la section de passage entre les trois corps) est évalué au moyen des outils d'analyse de la dynamique de la configuration non contrôlée.
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Fily, Yaouen. "Dépiégeage et dynamique à haute vitesse des réseaux de vortex dans les supraconducteurs de type II : une étude par simulation numérique." Thesis, Tours, 2009. http://www.theses.fr/2009TOUR4035/document.
Full textAbstract:
Nous présentons ici une contribution numérique à l'étude de la dynamique des réseaux de vortex soumis à une force d'entraînement dans les supraconducteurs de type II, qui s'inscrit dans la thématique plus générale des systèmes élastiques en milieu désordonné.La compétition entre élasticité et désordre produit dans ce type de système un diagramme de phase particulièrement riche, dont nous explorons quelques régions.On s'intéresse d'abord à un réseau tridimensionnel entraîné à haute vitesse en piégeage colonnaire.L'effet Meissner transverse dynamique est observé à basse température, permettant de prouver l'existence du \emph{verre de Bose en mouvement}.La stabilité de cette phase est montrée dans un large domaine de vitesse et de température, et sa fusion en un liquide de vortex à haute température est étudiée.Dans un second temps, le dépiégeage du réseau est étudié en dimension 2.Deux types de dépiégeage, plastique ou élastique, sont identifiés.Dans le cas plastique, le caractère continu de la transition est montré. Les exposants critiques β et δ caractérisant la dépendance en force et en température de la vitesse sont déterminés à partir d'une analyse en termes de loi d'échelle croisant des résultats à température nulle et à température finie près du seuil de dépiégeage.Des résultats préliminaires semblent montrer que l'on peut appliquer la même démarche au cas élastiqueThis dissertation is a numerical contribution to the understanding of the dynamics of driven flux line lattices in type II superconductors, which falls into the field of elastic systems in disordered media.Due to the interplay between elasticity and disorder, such systems exhibit a great variety of phases and transitions, a few of which are studied here.First, we deal with the high velocity behavior of a three dimensional lattice driven over columnar disorder.Dynamical transverse Meissner effect is found at low temperature, providing evidence for the existence of the \emph{moving Bose glass} phase which is shown to be stable in a large range of velocity and temperature. Finally, the melting of the MBoG phase into a vortex liquid at high temperature is studied.In the second part, we study the depinning of a two-dimensional lattice.Two classes of depinning, plastic or elastic, are identified.Combining measurements of the velocity at both zero and nonzero temperature near the depinning threshold and performing a scaling analysis, we show that the transition is continuous in the plastic case and evaluate the critical exponents β and δ characterizing the force and temperature dependances of the velocity.Preliminary results suggest that the same approach could be used in the elastic case
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Uribe, Cédric. "Développement d'une approche ZDES à deux équations de transport et application turbomachines." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS252.
Full textAbstract:
Afin d’améliorer les caractéristiques d’une turbomachine, il est capital de prévoir correctement les écoulements secondaires et/ou transitionnels s’y développant. Ces écoulements peuvent être à l’origine de la réduction de ses performances et de son domaine de fonctionnement. À titre d’exemple la présence de tourbillons de jeu ou de décollements de coin sur les aubages de compresseur H.P. engendre des pertes de pression totale favorisant l’apparition d’instabilités axiales (pompage). Les multiples processus de transition laminaire-turbulent modulent la charge thermique subie par les aubes de turbine et conditionnent donc leur durée de vie. La nature généralement fortement instationnaire, décollée et transitionnelle de ces écoulements rend leur prévision délicate voire imprécise avec les modélisations de la turbulence utilisées en conception (approche RANS). En réponse à ces défis une solution est l’approche hybride RANS/LES dite ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation (Deck 2012)) dans ses modes de fonctionnement 0, 1 et 2 : les couches limites sont traitées par une approche RANS dans leur entière épaisseur afin de s’y affranchir du coût excessif d’une approche LES (résolution des grandes échelles de la turbulence) qui est seulement utilisée - si nécessaire - sur le reste du domaine de calcul pour une prévision haute fidélité des écoulements décollés, l’interface entre les deux approches étant continue. Afin que cette approche soit compatible avec la majorité des modèles de transition laminaire-turbulent, en particulier en aérodynamique interne, ces travaux en proposent diverses variantes non plus basées sur le modèle de turbulence de Spalart et Allmaras (approche ZDES SA) mais sur le modèle k − ω SST de Menter (approche ZDES SST). Au regard d’une décomposition en problématiques majeures de leurs performances, ils démontrent la similitude comportementale de ces deux approches sur des cas d’écoulement génériques (couche de mélange, marche descendante, barreau cylindrique) peu exigeants vis-à-vis de leur modèle de turbulence sous-jacent au sein des régions RANS. Ils démontrent également l’avantage de la ZDES SST sur la ZDES SA sur un cas d’intérêt industriel (rotor de compresseur axial H.P.) autrement plus exigeant et évaluent diverses voies d’amélioration pour l’approche ZDES. Enfin ils enrichissent cette démarche d’évaluation d’un nouveau cas générique d’écoulement (bosse axisymétrique) permettant d’isoler la problématique de la prévision des décollements de couche limite turbulente en l’absence de singularité géométriqueAccurate secondary and transitional flows predictions are essential to turbomachinery improvements. They cause additional losses and operating domain reduction. For example tip-leakage vortex flow or corner separation flow in H.P. compressor lead to total pressure losses and promote axial instabilities (surge). Various laminar-turbulent transition processes regulate turbine blade thermal load and thus turbine blades life. Usual CFD turbulence modellings (RANS method) fail to cope with such strongly fluctuating, separated and transitional flows. In response to these challenges, one solution relies in the hybrid RANS/LES method called ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation (Deck 2012)) in its operating modes 0, 1 and 2 : boundary layers are modelled following a RANS method in their whole thickness for avoiding their expensive resolution following an LES method (resolution of the large turbulence scales) which is only used - if needed - far from the wall for high fidelity prediction of separated flows thanks to continuous RANS/LES interfaces. In view to allow ZDES method to be compatible with the majority of laminar-turbulent transition models applied for internal flows, this work proposes numerous ZDES’s variants no more based on Spalart et Allmaras turbulence model (ZDES SA method) but on Menter k − ω SST turbulence model (ZDES SST method). With regards to a deconstruction of their performances in major issues, this work demonstrates the behavioral similarity of those two methods on common flow test cases (mixing layer, backward-facing step, circular cylinder) undemanding for their underlying turbulence model in RANS regions. This work also demonstrates the advantage of ZDES SST over ZDES SA for an industrial relevant test case (high-pressure axial compressor rotor) much more demanding. It assesses various ways of improvement for ZDES method. Finally, it supplements this validation process with a new common test case (axisymetric hill) allowing to isolate the issue of turbulent boundary layer separation prediction in the absence of geometrical singularity
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Dabboura, Eyad. "Contribution à la simulation numérique de problèmes de transferts de chaleur par une méthode de type Meshless : application à la convection thermomagnétique." Poitiers, 2009. http://www.theses.fr/2009POIT2322.
Full textAbstract:
La simulation numérique des problèmes de transferts définis dans des géométries complexes, est généralement effectuée par des méthodes aux éléments finis ou encore par des méthodes de type Meshless, qui se développent depuis une dizaine d’années. Ce mémoire présente une contribution au développement d'une méthode collocation utilisant l'approximation à moindres carrés pondérés. Les ordres deux, trois et quatre de l'approximation sont d'abord considérés et les résultats qu'ils permettent d'obtenir sont comparés sur des exemples de diffusion et de transport-diffusion. La flexibilité des discrétisations par nuages de points est également discutée. Nous montrons que la méthode peut convenir au traitement de problèmes dans des géométries fractales et à frontière mobile. L'application de la méthode à la résolution des problèmes de convection est ensuite abordée. Nous proposons notamment d'utiliser une formulation en vitesse-vorticité pour traiter les problèmes tridimentionnels. La méthode est validée par comparaison avec des solutions de référence et des résultats relatifs à la convection naturelle dans quelques cavités de formes complexes sont présentés et discutés. La deuxième partie de la thèse a pour objet l'application de la méthode ainsi développée à l'étude de la convection thermomagnétique. Il s'agit ici des écoulements de convection dans un fluide paramagnétique(tel que l'air) en présence d'un champ magnétique externe en présence ou en absence de pesanteur. L'influence du champ magnétique se traduit dans le cas des fluides paramagnétiques non conducteurs par la génération de forces volumiques de Kelvin dont l'intensité varie avec la température en raison de la dépendance de la susceptibilité magnétique de ces fluides de la température selon la loi de Curie-Weiss. Nous montrons alors qu'en présence de pesanteur, une disposition judicieuse des aimants ou des spires permet d'accélérer ou de freiner les écoulements de convection naturelle. En absence de pesanteur, on montre que la force de Kelvin permet en revanche de générer des écoulements de magnétoconvectionThe numerical simulation of transfer problems defined in complex geometries is usually made by finite element methods or by Meshless methods which developed since the last ten years. This paper presents a contribution to the development of this method using the collocation of the approximation to weighted least squares. Two, three and four orders of the approximation are considered and the results obtained are compared with examples of diffusion and transport-diffusion. The flexibility of discretizations by points is also discussed. We show that the methe method may be suitable for treating problems in fractal geometry and boundary mobile. The method is then applied to solving the convection problems. We propose in three dimensional the formulation in velocity-vorticity. The method is valitaded by comparison with solutions of reference and the results of the natural convection in cavities of some complex shapes are presented and discussed. The second part of this thesis is the application of the method and developed it to study the thermomagnetic convection. The flows of convection in a paramagnetic fluid (like air) with using an external magnetic field are studied with and without gravity. The results of the influence of the magnetic field in case of non-conducting paramagnetic fluid are explained by the generating of Kelvin's forces, whose intensity varies with temperature because the dependence of the magnetic susceptibility to the temperature by law Curie-Weiss. With gravity, we show that a judicious arrangement of magnets or coils can accelerate or slow the flow of natural convection. Without gravity, it shows that the forces of Kelvin can generate magnetoconvection
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Haouche, Mohamed. "Etude expérimentale de l’écoulement d’un PEBD à travers un contraction 3D : Simulation numérique avec un modèle constitutif différentiel de type pom-pom." Saint-Etienne, 2006. http://www.theses.fr/2006STET4001.
Full textAbstract:
La thèse présentée comporte deux parties. Une partie expérimentale qui consiste à étudier le caractère tridimensionnel de l'écoulement d'un PEbd dans des contractions brusques (planes et 3D). La cinématique de ce type d'écoulement a été mise en évidence par la technique du suivi des particules colorées. Dans les contractions planes, l'écoulement secondaire est caractérisé par un mouvement spiralé des particules dans la troisième direction, du plan de symétrie vers les parois latérales, avant de rejoindre l'écoulement principal en aval de la contraction. Avec les contractions purement 3D, le même type de cinématique a été observé : l'écoulement secondaire dans les vortex est orienté des plans de symétrie médians vers les plans de symétrie diagonaux, puis les particules rejoignent l'écoulement principal dans le chenal. La biréfringence induite par l'écoulement d'un PEbd dans une contraction plane confirme l'importance des effets 3D sur la distribution des contraintes globales. Ces effets sont détectés par la forme des franges isochromatiques en amont et en aval de la contraction. Dans les conditions 3D, ces franges ont une forme aplatie en amont avec l'apparition de franges en forme « W » en aval de la contraction, contrairement au cas 2D où nous avons observé une forme des franges en aile-papillon en amont de la contraction et l’absence de franges « W » en aval. Concernant l'origine de franges « W », notre étude montre que leur présence est corrélée avec la cinématique tri-dimensionnelle de ce type d'écoulement ; la possibilité de les observer dépend de la dimension de la géométrie dans la direction neutre. Dans la deuxième partie, une comparaison entre l’expérience et la simulation a été effectuée en terme de cinématique et de contraintes, ce qui constitue un critère de sélection important pour les modèles constitutifs. Les résultats obtenus confirment la pertinence du modèle Pom-Pom différentiel à prédire les écoulements du PEbd dans des géométries complexes, ainsi que l'importance d'une analyse 3D pour ce type d’étudesThe present PhD work contains two principal parts. The first part is dedicated to the experimental characterization of the 3D viscoelastic flow of LDPE in different contraction geometries. This study is focused on the global flow kinematics characterized in terms of experimental particle tracking and image analysis as well as on the stress distribution characterized in terms of flow induced birefringence. It was presented a detailed analysis of the complex three-dimensional motion of the secondary flow inside the vortex region. In contrary to the two-dimensional axisymmetric flow, where the secondary vortex motion is completely separated from the bulk flow, the detected 3D vortex was proven experimentally to be open with much more complex flow kinematics. In the case of 3D planar contraction flow the material is entering the vortex region at the plane of symmetry and gradually moving to the side wall where it goes to the slit die of the contraction. In the case of 3D square to square and square to circular contraction geometry, the material is entering the vortex region at the median planes and moves in helical manner to the diagonal planes of symmetry where it goes to the capillary die of the geometry. The flow induced birefringence confirms the 3D character of the stress distribution. The main character of the 3D viscoelastic stress distribution is expressed by the presence of more flatten type of fringes in the upstream part of the contraction as well as the appearance of specific “W” shaped fringes at the beginning of the downstream part. In fact our results give the first confirmation of the 3D nature of the “W” fringes. The second part presents an extensive comparison between the experimental results of part 1 and the 3D numerical simulations based on the recently proposed Pom Pom differential model. A good up to excellent agreement in terms of flow kinematics and stress distribution was observed. These encouraging results confirm the excellent predictive capabilities of the Pom Pom differential model as well as the necessity of full 3D numerical analysis for this kind of complex 3D flows
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Mrabet, Ahmed Amine. "Accélérations algorithmiques pour la simulation numérique d’impacts de vagues. Modèles de type "roofline" pour la caractérisation des performances, application à la CFD." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN010/document.
Full textAbstract:
Au cours de ces dernières années les processeurs sont devenus de plus en plus complexes (plusieurs niveaux de cache, vectorisation,...), l’augmentation de la complexité fait que l’étude des performances et les optimisations sont eux aussi devenus de plus en plus complexes et difficiles à comprendre. Donc développer un outil de caractérisation simple et facile d’utilisation des performances d’applications, serait de grande valeur. Le Modèle Roofline [17] promet un début de réponse à ces critères, mais reste insuffisant pour une caractérisation robuste et détaillée. Dans la première partie de cette thèse, Nous allons développer plusieurs versions améliorées du Roofline, robustes et précises, en passant par une version du Roofline en fonction du temps, des blocs et enfin la nouvelle version du Roofline introduite dans la suite de caractérisation Vtune d’Intel. Pour valider ces modèles, nous utilisons le benchmark LINPACK, STREAM ainsi qu’une mini-application développée au cours de cette thèse, qui résout l’équation de l’advection et qui servira de prototype pour l’évaluation de codes hydrodynamiques explicites. Nous portons aussi cette mini-application sur les co-processeurs d’Intel Xeon Phi KNL et KNC. Dans la deuxième partie de cette thèse nous nous intéressons à la simulation d’impact de vagues, à l’aide de codes industriels compressibles et incompressibles. Nous rajoutons plusieurs fonctionnalités dans le code compressible FluxIC, nous effectuons un chaînage de codes incompressible et compressible et enfin nous introduisons un nouveau schéma numérique appelé liquide incompressible et gaz quasi-compressible, qui permet de réaliser une simulation d’impact d’une vague via un code incompressible avec une correction compressible dans les zones où la compressibilité du gaz est importanteDuring recent years computer processors have become increasingly complex (multiple levels of cache, vectorization, etc), meaning that the study of performance and optimization is also becoming more complex and difficult to understand. So a simple and easy-to-use model aimed at studying the performance of applications would be of great value. The Roofline model [17] promises to meet this criteria, but it is insufficient for robust and detailed characterization.In the first part of this thesis, several improved versions of the Roofline model, that are more robust and accurate, are developed by going through theRoofline version as a function of time and block, and finally a new Rooflinemodel is implemented in the Intel Vtune characterization suite. To validate thenew models, the LINPACK andtextitSTREAM benchmarks are used, as wellas, a mini-application developed during this thesis that solves the advectionequation and serves as a prototype for the evaluation of explicit hydrodynamicsimulation codes. This mini-application is also ported to the new Intel XeonPhi KNL and KNC co-processors.Simulation of wave impact using compressible and incompressible industrialcodes is the focus of the second part of this thesis. Several functionalities are added to the compressible FluxIC code, and a chaining of compressible andincompressible codes is carried out. Finally, a new numerical scheme called"incompressible liquid and quasi-compressible gas" is introduced, which allowsthe simulation of wave impact using an incompressible code with a compressiblecorrection in areas where gas compressibility is significant
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Benjemaa, Mondher. "Etude et simulation numérique de la rupture dynamique des séismes par des méthodes d'éléments finis discontinus." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00222870.
Full textAbstract:
Ce travail est dédié à l´étude et la simulation numérique de la rupture dynamique des séismes en deux et trois dimensions d´espace par une méthode d´éléments finis discontinus. Après avoir transformé le système de l´élastodynamique en un système hyperbolique symétrique du premier ordre, nous proposons un schéma numérique basé sur des flux centrés et un schéma explicite en temps de type saute-mouton. A travers l´étude d´une énergie discrète du système, nous spécifions les conditions aux limites sur la faille afin de prendre en compte de manière faible la rupture en mode cisaillant que nous traitons. Nous montrons, qu´en l´absence de tractions tangentielles sur la faille, cette énergie est parfaitement conservée. Nous illustrons la capacité de notre méthode à travers divers cas tests sur des configurations complexes grâce à une implémentation parallèle.
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Durán, Martínez Freddy-Libardo. "Réacteur-échangeur de type monolithe - stratégie de modélisation et description des phénomènes à l'échelle d'un canal catalytique unique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/18673/1/DURANMARTINEZ_Freddy.pdf.
Full textAbstract:
Les réacteurs structurés de type monolithe apparaissent comme une alternative intéressante aux réacteurs triphasiques conventionnels (à lit fixe ruisselant ou à suspension), car ils offrent dans leurs canaux millimétriques, dans une large gamme de débits, un écoulement bien défini, consistant en une succession de bulles et bouchons liquides (écoulement dit de Taylor). Celui-ci, proche de l'écoulement idéal " piston ", permet également une intensification du transfert gaz-liquide, notamment grâce à l'existence d'un film mince de liquide séparant les bulles de la paroi catalytique. Par ailleurs, les dernières technologies de fabrication additive offrent de nouvelles possibilités de réalisation de ce type de réacteur, sous la forme d'une structure métallique conductrice alternant canaux catalytiques et canaux dédiés au fluide caloporteur. Cette configuration efficace de réacteur-échangeur autorise à considérer le monolithe comme uniforme en température et à réduire sa modélisation à celle d'un canal unique isotherme. C'est la stratégie de modélisation adoptée dans ce travail de thèse, qui cherche à représenter chacun des phénomènes avec seulement le niveau de complexité nécessaire, en progressant de l'échelle locale à l'échelle du réacteur. L'outil choisi ici est le logiciel COMSOL Multiphysics pour sa capacité à traiter des problèmes multi-physiques et multi-échelles. Une approche classique pour les écoulements de Taylor est appliquée, construite autour d'une " cellule unitaire " qui se déplace à la vitesse diphasique le long du canal. Le champ hydrodynamique calculé sert alors de support au calcul du transfert de masse entre les phases. Le premier cas d'étude traité - transfert d'oxygène dans l'eau avec réaction de consommation de l'oxygène en paroi - sert à poser les bases du modèle, en examinant le bien-fondé de différentes hypothèses simplificatrices, concernant le nombre de phases modélisées, les conditions aux limites du domaine pour les équations résolues, ou encore la forme de bulle. Ce travail préliminaire a montré que la résolution de la phase liquide uniquement, autour d'une bulle de forme simplifiée, peut assurer une représentation satisfaisante des profils de vitesse dans les bouchons et dans le film de lubrification par rapport à des calculs diphasiques. Il a aussi permis d'évaluer de façon séparée les contributions au transfert gaz-liquide de chacune des zones d'interface (film, nez ou arrière de la bulle) et de quantifier l'influence sur l'efficacité du transfert de la fréquence de bullage, qui modifie à la fois l'aire interfaciale et l'intensité de recirculation dans les bouchons. La démarche est ensuite appliquée au cas de l'hydrogénation de l'alpha-pinène, et validée par une campagne d'essais réalisés pour un tube catalytique de 2 mm de diamètre et de 40 cm de longueur, fonctionnant sous 21 bar et entre 100°C et 160°C. Le modèle utilise pour la couche catalytique en paroi une loi cinétique intrinsèque, identifiée en réacteur autoclave agité (pour le même catalyseur de Pd/Al2O3, mais sous forme de poudre). Il suit par un calcul instationnaire la progression de la cellule unitaire jusqu'à la sortie du réacteur. Outre les effets des paramètres clés mis en évidence précédemment, ceux de la consommation de gaz le long du réacteur et des conditions " initiales " de saturation du liquide sont examinés. Le fonctionnement du monolithe peut être reproduit dans son intégralité à partir de ce modèle, par association de canaux recevant des débits individuels de gaz et de liquide représentatifs de la distribution des fluides observée expérimentalement, et en lui incorporant un module de mélange des fluides issus de chacun des canaux en sortie de réacteur. Ce modèle sert aussi de référence pour l'évaluation d'un outil de dimensionnement plus direct, basé sur une hydrodynamique simplifiée et des coefficients d'échange globaux évalués à partir de corrélations ou des simulations numériques dédiées.
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Renard, Nicolas. "Simulations numériques avancées et analyses physiques de couches limites turbulentes à grand nombre de Reynolds." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066041/document.
Full textAbstract:
Mieux comprendre les spécificités de la dynamique des couches limites à grand nombre de Reynolds malgré les contraintes métrologiques et son coût de simulation numérique est crucial. A titre d'exemple, cette dynamique peut déterminer plus de la moitié de la traînée d'un avion en croisière. Décrire la turbulence pariétale peut guider la résolution numérique d'une partie des fluctuations à un coût maîtrisé par des stratégies WMLES (simulation des grandes échelles avec modèle de paroi). Les présentes analyses physiques de couches limites turbulentes incompressibles à gradient de pression nul et à grand nombre de Reynolds s'appuient sur des simulations numériques avancées. Après validation d'une base de données, le frottement moyen pariétal est décomposé selon l'identité FIK (Fukagata et al. (2002)), dont l'application malgré le développement spatial est discutée. Une analyse spectrale montre que les grandes échelles (\lambda_x > \delta) contribuent à environ la moitié du frottement vers Re_\theta = 10^4. Les limitations de l'identité FIK motivent la dérivation d'une décomposition physique de la génération du frottement dont le comportement asymptotique est alors relié à la production d'énergie cinétique turbulente dans la zone logarithmique. Pour mieux reconstruire les spectres spatiaux, une nouvelle méthode d'estimation de la vitesse de convection turbulente en fonction de la longueur d'onde des fluctuations, adaptée au développement spatial et à des signaux temporels de durée finie, est dérivée, interprétée et évaluée à Re_\theta = 13000. Certaines des conclusions éclairent des modifications d'une stratégie WMLES, le mode III de la méthode ZDESBetter understanding the specificities of the dynamics of high-Reynolds number boundary layers despite metrological constraints and its numerical simulation cost is crucial. For instance, this dynamics can determine more than half of the drag of a cruising aircraft. Describing wall turbulence can guide the numerical resolution of some of the fluctuations at a limited cost by WMLES strategies (wall-modelled large eddy simulation). The present physical analyses of zero-pressure gradient incompressible turbulent boundary layers at high Reynolds number rely on advanced numerical simulations. After validating a database, mean skin friction is decomposed by means of the FIK identity (Fukagata et al. (2002)), whose application despite the spatial growth is discussed. A spectral analysis shows that the large scales (\lambda_x > \delta) contribute approximately half of the friction near Re_\theta = 10^4. The limitations of the FIK identity motivate the derivation of a physical decomposition of the generation of friction whose asymptotic behaviour is then related to turbulent kinetic energy production in the logarithmic layer. In order to better reconstruct spatial spectra, a new method to estimate the turbulent convection velocity as a function of the wavelength of the fluctuations, adapted to spatial growth and to temporal signals of finite duration, is derived, interpreted, and assessed at Re_\theta = 13000. Some of the conclusions enlighten modifications to a WMLES strategy, mode III of the ZDES method
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Blin, Laurent. "Modélisation statistique et simulation des grandes échelles des écoulements turbulents. Application aux inverseurs de poussée." Phd thesis, Université de Rouen, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011645.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a été consacré au développement d'outils numériques pour aider à la compréhension, par simulation numérique, de l'aérodynamique d'un inverseur de poussée à portes (écoulement turbulent compressible). Dans cette étude, nous avons adopté deux approches complémentaires : résolution des équations de Navier-Stokes moyennées RANS (stationnaires) ou filtrées LES (instationnaires). Dans un premier temps, les divers phénomènes physiques présents dans un inverseur de poussée sont décomposés et étudiés séparément. On simule ainsi successivement :(1) un écoulement décollé (marche descendante - calcul RANS),
(2) un écoulement cisaillé libre (couche de mélange plane - calculs RANS et LES),
(3) des écoulements présentant de fortes courbures des lignes de courant (conduite rectangulaire courbée (calcul RANS) et couche de mélange courbe - calculs RANS et LES). Ensuite, deux configurations simplifiées d'inverseurs de poussée à portes sont étudiées numériquement par simulations RANS et LES.
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Daou, Fatma. "Etude expérimentale d'un procédé de dépollution par décharge couronne à barrière diélectrique type pointe(s) - plan : rôle de la simulation numérique et du marquage isotopique." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066488.
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