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Dissertations / Theses on the topic 'Simulation numérique en mécanique des fluides'
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1
Piperno, Serge. "Simulation numérique de phénomènes d'interaction fluide-structure." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005618.
Full text
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Lefèbvre, Matthieu. "Algorithmes sur GPU pour la simulation numérique en mécanique des fluides." Paris 13, 2012. http://scbd-sto.univ-paris13.fr/intranet/edgalilee_th_2012_lefebvre.pdf.
Full textAbstract:
La simulation numérique en mécanique des fluides nécessite souvent une importante puissance de calcul. Pour accélérer ces simulations l’utilisation de GPU est envisagée. Cette thèse s’intéresse tout d’abord à l’étude d’algorithmes de mécanique des fluides numérique en maillage structuré. La structuration du maillage amène un rangement mémoire naturellement convenable pour effectuer des simulations sur GPU. Ceci permet de dégager des principes d’utilisation sans avoir à considérer le bruit occasionné par la définition d’une structure de données spécifique. Par la suite nous nous concentrons sur les algorithmes de mécanique des fluides numériques sur maillage non structuré et trois stratégies algorithmiques sont présentées. La première de ces techniques est une réorganisation visant à rendre les données consécutives en mémoire, au prix d’une copie des données coûteuse à la fois en temps et en mémoire. Une deuxième technique résultant en un partitionnement fin du domaine de calcul est développée, elle permet d’utiliser les mémoires cache des GPU modernes de manière plus efficace. La troisième de ces techniques est le raffinement générique. Le maillage initial est composé d’éléments grossiers raffinés de façon identique. Cette algorithme permet d’accéder aux données de façon consécutive et apporte des performances accruesNumerical simulations in fluid mechanics require tremendous computational power ; GPU computing is one of the newest approaches to accelerate such simulations. On one hand, this thesis studies the case of fluid mechanics algorithms on structured meshes. The mesh structuration naturally brings well suited memory arrangements and allows to reach guidelines when using GPUs for numerical simulations. On the other hand, we examine the case of fluid mechanics on unstructured meshes with the help of three different algorithmic strategies. The first of these technique is a reorganisation to produce consecutive data accesses, but at the cost of expensive data copies, both in time and in memory. The second technique, a cell partitioning approach, is developed and allows to extensively use modern GPUs’ cache memories. The third technique consists on a generic refinement. The initial mesh is made of coarse elements refined in the exact same way in order to produce consecutive memory accesses. This approach brings significant performance improvements for fluid mechanics simulations on unstructured meshes
3
Bonneton, Natalie. "Simulation numérique des jets plans compressibles." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT031H.
Full textAbstract:
On s'interesse aux effets de compressibilite et de compression sur les principales caracteristiques du jet, notamment sur son taux d'expansion et la naissance des instabilites. Nous avons concu dans un premier temps un code de calcul permettant de resoudre les equations navier stockes bidimensionnelles. Notre choix numerique s'est porte sur la methode de transport de flux corriges de boris et book (methode f. C. T. ). C'est une methode explicite, de difference finie. Sa precision a l'ordre quatre en phase la rend tout particulierement performante dans les regions de forts gradients. Cet outil numerique a tout d'abord ete valide sur des ecoulements de reference (canal, jet incompressible. . . ). Il nous a permis ensuite de mettre en evidence les tendances suivantes: la compressibilite, generee par la variation du nombre de mach, a pour effet de diminuer le taux d'expansion du jet. Dans le cas d'un jet subsonique, l'augmentation du nombre de mach a pour effet de diminuer a la fois le taux d'expansion et le nombre de strouhal. Une meme tendance est remarquee quand le nombre de reynolds augmente. Ceci est verifie jusqu'a la valeur du nombre de mach egale a 1. 6. Au-dela de cette valeur, l'instabilite de kelvin helmholtz (initialement presente) est inhibee, ce qui conduit a une saturation du taux d'expansion. Finalement, nous avons enregistre un ralentissement de l'emission tourbillonnaire de l'ecoulement au cours de la compression, et une augmentation de la largeur du jet en fin de compression
4
Doradoux, Adrien. "Simulation numérique d’écoulements diphasiques autour d’un solide mobile." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0582/document.
Full textAbstract:
Les méthodes de domaines fictifs permettent de simuler numériquement des écoulements autour de structures complexes et/ou mobiles à l’aide de maillages simples. L’objet solide est alors « immergé » dans un domaine de calcul englobant le fluide et le solide. Dans un premier temps, on étudie une méthode de pénalisation, qui consiste à ajouter un terme dans l’équation de conservation de la quantité de mouvement du fluide afin d’imposer la vitesse du solide. Grâce à des développements asymptotiques, on obtient une estimation de l’erreur induite par cette approche lorsque le solide est en mouvement. Ce procédé est ensuite couplé avec un schéma de projection vectorielle permettant d’imposer la contrainte d’incompressibilité. La convergence du schéma ainsi obtenu, vers les équations de Navier-Stokes, est établie. Dans un second temps,une approche originale capable de traiter des écoulements multiphasiques est développée : la méthode de porosité variable. L’idée principale est de considérer le solide comme un milieu sans masse. La discrétisation des bilans massiques de chaque phase est alors modifiée, de sorte que le volume total occupé par l’ensemble des phases fluides soit égal au volume laissé libre parle solide. Cette méthode est validée numériquement sur un ensemble varié de cas test comprenantd es écoulements monophasiques incompressibles et compressibles ainsi que des écoulements diphasiquesFictitious domain methods allow to simulate flows around complex and/or moving bodies with simple meshes. The object is "immersed" in a domain that contains fluid and solid volumes. The penalization method, which consists in adding a term in the momentum balance equation, in order to impose the solid velocity, is studied in a first part. Thanks to asymptotic expansions, the order of the error induced by this method is computed for moving bodies. This approach is then coupled with a Vector Penalty Projection scheme that permits to impose the incompressibility constraint. The convergence of the penalized scheme towards the Navier-Stokes equations is established. In a second part, an original approach, able to treat multiphase flowsis presented: the Time and Space Dependent Porosity method. The key idea is to consider the solid as a medium without mass. The discretization of the mass balance equation is modified,so that the total volume occupied by all fluid phases and the solid is equal to the total volume.This method is numerically validated on a set of various test cases including incompressible or compressible single phase flows and two-phase flows
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Faucher, Eric. "Simulation numérique des écoulements unidimensionnels instationnaires avec autovaporisation." Phd thesis, Université Paris XII Val de Marne, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01026372.
Full textAbstract:
Afin d'étudier le comportement des organes de robinetterie, notamment des soupapes de sûreté à ressort, en conditions accidentelles, on s'est intéressé à la simulation des écoulements avec autovaporisation. Ces écoulements diphasiques sont susceptibles d'être rencontrés dans toute installation industrielle utilisant des liquides sous pression. Dans le cas de l'ouverture d'une soupape, la dynamique du clapet est particulièrement sensible aux variations de la pression sous celui-ci. Il est donc indispensable de pouvoir simuler précisément des transitoires très rapides. Cette recherche a été menée selon deux axes : 1°) La modélisation physique du mécanisme de vaporisation par dépressurisation. 2°) La simulation numérique des modèles dans le cas d'écoulements fortement instationnaires. D'un point de vue physique, deux modèles d'autovaporisation ont été étudiés ; le modèle homogène relaxé (HRM), proposé par Bilicki et al., et le modèle développé par Jones et al.. Ils supposent tous les deux l'égalité des pressions et des vitesses dans les phases liquide et gazeuse, et que la vapeur apparaît dans les conditions de saturation. Une comparaison des résultats de ces modèles a été effectuée dans le cas d'écoulements stationnaires, en s'appuyant sur les données expérimentales mesurées sur la boucle Super Moby-Dick du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) de Grenoble. Concernant l'aspect numérique, Il est à noter que les systèmes d'équations obtenus sont inconditionnellement hyperboliques, mais non conservatifs dans le cas unidimensionnel, à cause de la présence des termes de variation de la section en espace et en temps. Des schémas numériques de type Volumes Finis ont donc été développés pour prendre en compte la présence de termes sources raides, et l'utilisation de lois d'état complexes pour des fluides réels. Une attention particulière a été portée sur le calcul des conditions aux limites. Trois schémas numériques ont été testés, VFROE en variables non conservatives, le schéma de Rusanov, et une version modifiée du schéma de Roe. Une étude comparative détaillée des performances de chaque schéma a été menée pour des écoulements instationnaires et stationnaires gazeux, liquides et diphasiques. Elle met en évidence que le schéma VFROE-ncv est le plus précis, et que le schéma de Rusanov est le plus robuste. Une stratégie combinant ces deux schémas est donc envisagée.
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Denel, Bertrand. "Simulation numérique et couplage de modèles thermomécaniques puits-milieux poreux." Pau, 2004. http://www.theses.fr/2004PAUU3021.
Full textAbstract:
Afin d'interpréter les variations de température que l'on sait désormais mesurer de manière permanente dans les puits de pétrole, et ainsi de mieux caractériser les réservoirs, on développe une approche directe qui modélise finement le comportement dynamique et thermique des fluides en écoulement, tant dans le puits que dans le réservoir. On propose pour cela de coupler un modèle réservoir, notamment caractérisé par une équation de conservation de l'énergie non standard incluant les effets de dissipation visqueuse et de compressibilité, avec un nouveau modèle de puits pseudo 1D. L'originalité de ce dernier modèle consiste à dériver une approximation conforme d'un modèle 2D et ainsi à prendre en compte la direction privilégiée de l'écoulement et la géométrie particulière du puits, en explicitant la dépendance des inconnues dans la direction radiale. Pour chacun des modèles, la discrétisation des flux met en œuvre les éléments finis conservatifs de Raviart-Thomas, ce qui nous assure des conditions de raccord naturelles à l'interface. Une analyse des formulations mixtes alors obtenues montre que les problèmes semi-discrétisés sont bien posés, puis des résultats numériques sont présentés sur des cas d'étude réels. Enfin, une approche globale du couplage de nos deux modèles est exposéeIn order to interpret recorded temperatures in petroleum wellbores, and thus to better characterize reservoirs, we develop a direct model, coupling the wellbore and the reservoir at both dynamic and thermal levels. To reach this goal, we couple a reservoir model, notably including viscous dissipation and compressibility effect, with a new pseudo 1D model. The original aspect of the latter model is to derive a conform approximation from a 2D model and by this way, to take into account the privileged direction of the flow, as well as the particular geometry of the wellbore, by explicitly writing the dependency of the unknowns in the radial direction. For each model, the fluxes are approximated by conservative Raviart-Thomas elements, ensuring natural transmission conditions at the interface. An analysis of the resulting mixed formulations is carried out and the well-posedness of the semi-discretized problems is established. Then, numerical results including real study cases are presented. Finally, a global coupling approach of the two models is exposed
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Basset, Olivier. "Simulation numérique d'écoulements multi-fluides sur grille de calcul." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00376484.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le développement de méthodes numériques pour le calcul d'écoulements incompressibles multi-fluides sur grille de calcul, s'inscrivant ainsi dans le cadre du projet MecaGrid.Une étude de la grille MecaGrid met en évidence son caractère hétérogène et ses conséquences. Plusieurs techniques d'optimisation sont présentées afin d'améliorer son utilisation : répartir la masse de calcul de façon adaptée, et privilégier le travail des processeurs vis-à-vis des communications réseaux pénalisantes.Des méthodes numériques sur maillage non structuré composé de tétraèdres sont choisies pour réaliser la simulation directe d'écoulements multi-fluides avec capture d'interface. Nous adoptons une approche unique qui rappelle celle du Multiscale, dans laquelle la condensation d'une fonction Bulle pyramidale est utilisée comme technique universelle de stabilisation.Les équations de Navier-Stokes incompressible sont résolues par une méthode éléments finis mixtes à interpolation P1+/P1. Un schéma temporel d'Euler implicite est appliqué, en association avec un algorithme de Newton pour linéariser le problème.Les interfaces sont capturées par une technique Level Set à interpolation continue P1 qui consiste à résoudre une équation de transport stabilisée par la condensation d'une Bulle (Residual-Free Bubbles). Le couplage avec une équation d'Hamilton-Jacobi permet de réinitialiser la fonction Level Set au court de son transport. La comparaison avec une méthode Galerkin discontinue proche du Volume of Fluid montre que le Level Set se distingue par sa simplicité et l'absence de diffusion numérique.Enfin, les simulations numériques sont validées par plusieurs cas test reconnus.
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Michel, Bertrand. "Contribution à la simulation numérique efficace des écoulements dans les prises d'air supersoniques." Paris, ENSAM, 2004. http://www.theses.fr/2004ENAM0014.
Full textAbstract:
Un outil numérique est développé pour simuler une hiérarchie de cas d'épreuve représentatifs des phénomènes physiques complexes qui se produisent dans les prises d'air supersoniques : interaction choc / couche limite de plaque plane, écoulement stationnaire dans une prise d'air générique avec système de contrôle par paroi perforée, écoulement instationnaire dans une prise d'air générique avec contre-pression aval fluctuante. Les écoulements transsoniques turbulents étudiés sont décrits à l'aide des équations de Navier-Stokes moyennées (RNAS) fermées par un modèle de turbulence élaboré existant, modèle aux tensions de Reynolds sans distance à la paroi ; un classique modèle de turbulence est également mis en oeuvre pour évaluer l'apport du modèle RSM. Les équations RANS sont discrétisées à l'aide d'un schéma compact original, dit schéma basé sur le résidu ; des schémas décentrés classiques (Van Leer et AUSM+) sont également utilisés à titre de comparaison. La simulation d'un dispositif de contrôle par paroi perforée est réalisée en modélisant le dispositif à l'aide de différentes "lois" proposées dans la littérature (Darcy, Poll, Böhning-Doerffer), qui peuvent ainsi être comparées les unes aux autres. L'influence des paramètres numériques propres à chaque configuration est soigneusement étudiée ; des comparaisons calcul / expérience sont systématiquement effectuées, ainsi que des comparaisons entre les différents schémas et modèles mis en oeuvre. La capacité de l'association schéma basé sur le résidu / modèle RSL à simuler efficacement des écoulements dans les prises d'air supersoniques est ainsi démontrée.
9
Benjeddou, Saïd. "Simulation numérique directe des gaz fortement chauffés et approximation polytropique." Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX22088.
Full text
10
Becheikh, Nidhal. "Modélisation et simulation numérique de la dégradation photocatalytique d'un polluant modèle dans un microréacteur." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0333/document.
Full textAbstract:
L'implantation dans l'industrie de la photocatalyse nécessite de nouvelles recherches afin de contrôler et dimensionner les réacteurs photocatalytiques. Une solution innovante concerne la microstructuration des réacteurs. En effet, elle permet d'augmenter l'efficacité catalytique en améliorant le contact du polluant avec le catalyseur. L'objectif de la thèse concernait la destruction d'un polluant modèle, l'acide salicylique, par un catalyseur (TiO2) déposé au fond d'un microcanal. La recherche repose sur des expérimentations mais aussi sur des simulations permettant de prévoir la dégradation photocatalytique pour une configuration de réacteur donnée. Dans nos conditions expérimentales de faible débit, nous avons mis en évidence une dispersion axiale et un gradient de concentration entre la surface catalytique et le milieu réactionnel. En tenant compte des conditions d'écoulement, nous avons montré que le gradient de vitesse est plus marqué dans les microréacteurs de faible section de passage. Ce gradient favorise la formation de zones de recirculation près de la surface catalytique créant ainsi des conditions favorables au contact entre le polluant et la surface catalytique. A l'aide d'un logiciel numérique, nous avons simulé la réaction de dégradation photocatalytique qui permet de rendre compte de nos résultats expérimentaux. D'une part, le rôle primordial de la diffusion vers la surface catalytique a été mis en évidence. D'autre part, la simulation numérique nous a permis d'établir la relation du nombre de Sherwood en fonction des nombres de Reynolds, de Schmidt et du diamètre hydraulique du microcanal. Cette relation permet d'estimer la constante de transfert de matière pour représenter correctement la dégradation quel que soit le type de microréacteur envisagéIndustrial photocatalysis applications requires further research to control and design photocatalytic reactors. The micro structuring of reactors is an innovative solution. It increases the catalytic efficiency by improving the contact of the pollutant with the catalyst. Thesis aim concerned the destruction of a model pollutant, salicylic acid, with deposited catalyst (TiO2) at the bottom of a microchannel. The research is based on experiments and simulations to predict the photocatalytic degradation for a given reactor configuration. In our experimental conditions of low flow, an axial dispersion and a concentration gradient between the catalyst surface and the reaction medium have been demonstrated. We have shown that the gradient of velocity is more pronounced in low cross section microreactors. This gradient allows the formation of recirculation zones near the catalytic surface thus creating favorable conditions for contact between the pollutant and the catalytic surface. Using numerical soft, we have simulated the reaction of photocatalytic degradation to represent our experimental results. On a one hand, the role of diffusion to the catalytic surface has been demonstrated. On the other hand, numerical simulation has allowed to establish a relationship between the Sherwood number as a function of Reynolds number, Schmidt and the hydraulic diameter of the microchannel. This relationship is used to estimate the mass transfer constant to represent correctly the photocatalytic degradation
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Sun, Zhengyu. "Simulation numérique par éléments finis de l'hydrodynamique tridimensionnelle à l'intérieur des cuves agitées." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1989. http://www.theses.fr/1989ECDL0007.
Full textAbstract:
On presente une approche numerique du probleme d'agitation mecanique a l'interieur des cuves agitees. La methode des elements finis utilisee permet de calculer des ecoulements laminaires de fluides visqueux incompressibles, newtoniens ou pseudoplastiques, generes par l'agitation mecanique. La discretisation du systeme d'equations instationnaires et non lineaires est deduite d'une methode de differences finies a trois pas fractionnaires en temps, couplee a une methode d'elements finis pour l'approximation spatiale des variables primitives. Le programme permet de prendre en compte differents nombres de reynolds et differents types de geometries et d'agitateurs. Les maillages des diverses geometries representatives des systemes d'agitation sont fournis par un preprocesseur specialement developpe pour cette these. On presente ici des solutions numeriques d'ecoulement isothermes de fluides pseudoplastiques dans des cuves cylindriques a fond plat pour deux types d'agitateurs particuliers, a savoir: le disque rotatif et la vis helicoidale. En ce qui concerne le premier, des comparaisons avec des resultats bidimensionnels axisymetriques issus de la litterature ont ete effectuees. Une premiere confrontation entre des resultats numeriques et experimentaux relatifs a la vis helicoidale a egalement ete commentee
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H, L. Tran. "Simulation numérique de convection naturelle d'un mélange binaire : cas d'un panache d'hélium en cavité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00920867.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur l'étude des mécanismes de mélange et dispersion d'un jet d'hélium dans une cavité semi-confinée remplie d'air. Ce phénomène est ici pris comme un cas mdèle de l'injection d'un gaz léger dans un fluide plus lourd, produisant ainsi un panache. Ce thème est en lien avec la sécurité des systèmes basés sur l'hydrogène. Un modèle numérique a été développé combinant les conditions limites adéquates avec les équations de conservation de la masse du mélange, d'une espèce, de la quantité de mouvement, ainsi que la loi d'état et la variation des propriétes physiques. En premier lieu, le panache d'un mélange eau glycérol est considéré comme cas de validation par comparaison avec des résultats expérimentaux [Rogers & Morris 09]. Le développement d'un panache axisymétrique est modélisé pour de grands nombres de Grashof et petit nombres de Reynolds d'injection. Un bon accord est obtenu pour la vitesse d'ascension du panache ainsi que le type et la forme de la tête. Un loi d'échelle modifiée est proposée. Dans le cas du mélange hélium-air, une cavité 2D est tout d'abord considérée. Les lois d'échelle auto-similaires pour des panaches plans stationnaires en milieu infini [Gebhart et al. 88] ont été reproduites numériquement pour les profils de vitesse verticale et de masse volumique sur l'axe, pour les temps avant l'impact du panache sur le plafond. Puis une cavité cylindrique a été considérée pour modéliser une expérience menée au CEA [Cariteau & Tkatschenko 12]. Les résultats numériques sont comparés aux données des expériences et d'un benchmark numérique. L'effet de l'hypothèse d'axisymétrie a été mis en évidence.
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Castaldi, Stéphane. "Étude de la turbulence cinématiquement homogène isotrope et massiquement inhomogène par simulation numérique directe." Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT008H.
Full textAbstract:
On aborde dans cette thèse l'étude théorique et numérique de la Turbulence Cinématiquement Homogène Isotrope et Massiquement Inhomogène (T. C. H. I. M. I. ). A travers cette configuration, notre travail a permis de mettre en évidence certains mécanismes fondamentaux relatifs à la classe des écoulements turbulents basse vitesse à masse volumique variable. A l'aide d'une méthode pseudo-spectale classique, un outil numérique a été développé permettant la simulation directe de la T. C. H. I. M. I. . Cet écoulement turbulent à faible nombre de Mach mélange des poches de gaz de masse volumique différente, dont le rapport de densité initial vaut 5. Pour étudier l'influence de la variation de masse volumique constante, la situation à masse volumique variable est comparée au cas isovolume à travers différents moments statistiques. Dans le but d'accentuer les effets de densité, notre analyse s'est également orientée vers la détermination des facteurs susceptibles d'engendrer des modifications cinématiques plus significatives. Pour ce faire, des bilans spectraux d'énergie cinétique et d'enstrophie ont, entre autre, été mis en place. Différents calculs ont été conduits, amenant à une meilleure compréhension des mécanismes prépondérants dans cette situation
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Laporte, Florent. "Simulation numérique appliquée à la caractérisation et aux instabilités des tourbillons de sillage d'avions de transport." Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT003H.
Full textAbstract:
Le sillage des avions de transport est composé de plusieurs tourbillons énergétiques, dont certains peuvent persister plusieurs minutes dans l'atmosphère. Ils peuvent constituer un danger pour un avion pénétrant dans ce sillage, en particulier pendant les phases de décollage et d'atterrissage. Le travail présenté est une contribution à l'étude de la caractérisation du champ proche étendu de tels sillages, et des mécanismes d'instabilité pouvant se développer en leur sein, par la simulation numérique. Dans une première partie du travail, on a développé des méthodes numériques adaptées au calcul des écoulements instationnaires, en particulier des schémas de discrétisation spatiale centrés d'ordre élevé et une méthodologie de pas de temps adaptatif pour une intégration temporelle implicite. La deuxième partie du travail est dévolue à la caractérisation stationnaire et instationnaire du sillage proche étendu, en se concentrant sur le contrôle de la solution numérique, de l'approximation fluide parfait à la simulation des grandes échelles. On montre que la simulation numérique est un outil prédictif validé dans le champ proche étendu. La troisième partie de ce travail est dédiée à l'étude de la stabilité de modèles simples de tourbillons de sillage, ces modèles étant établis à partir des résultats de la deuxième partie. Dans le champ proche étendu, on montre que le développement de l'instabilité elliptique entre vortex co-rotatifs peut modifier la dynamique de la fusion des vortex. Dans le champ lointain, on montre que l'instabilité elliptique ne peut se développer efficacement dans une paire de vortes contra-rotatifs que si les coeurs sont assez proches (pas le cas dans les vortex de sillages actuels). Les modes d'instabilité dûs à la présence de vitesse axiale au coeur des vortex sont également simulés, montrant la diversité des mécanismes instationnaires pouvant exister dans les tourbillons de sillage.
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Salvador, Yvan. "Contribution à la simulation numérique de l'écoulement autour d'une bulle déformable." Nantes, 1994. http://www.theses.fr/1994NANT2112.
Full textAbstract:
L'objet du travail est la simulation de l'écoulement autour d'une bulle déformable lorsqu'on prend en compte l'aspect advectif des écoulements pour une gamme du nombre de Reynolds allant de 1 à 100 et qu'on autorise des déformations de l'interface pour un nombre de Weber compris entre 0 et 4. Une simulation bi-dimensionnelle est réalisée à partir d'un schéma aux différences finies. Des techniques de maillage évolutif s'adaptant pas à pas au contour de la bulle ont été mis en œuvre. Les équations de Navier-Stokes sont résolues dans un système de coordonnées curvilignes. Une technique originale de déformation et de déplacement d'une interface a été employée. Le code réalisé, nommé physalis, permet, par exemple, de simuler l'apparition et le développement de tourbillons toroïdaux en aval d'une bulle jusqu'à une valeur du nombre de Reynolds de 200 et en aval d'une sphère rigide jusqu'à une valeur de 1000, pour ce même nombre. Il met aussi en évidence les transitions de forme d'une bulle de gaz dans un liquide en fonction de sa vitesse d'ascension. Physalis est adaptable à des interfaces présentant une rhéologie spécifique: viscosité interfaciale, gradient de tension interfaciale
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FONTAINE, EMMANUEL. "Simulation de l'écoulement potentiel engendré par un corps élancé perçant la surface libre à forts nombres de Froude." Marne-la-vallée, ENPC, 1996. http://www.theses.fr/1996ENPC9608.
Full textAbstract:
La méthode des développements asymptotiques raccordés est utilisée pour étudier l'écoulement potentiel engendré par un corps élancé perçant la surface libre à forts nombres de Froude. Cette méthode permet d'obtenir une solution composite au premier ordre, tenant compte de certaines non-linéarités du problème initial. Le problème simplifié est résolu numériquement en utilisant une méthode mixte Euler-Lagrange. Le domaine et le degré de validité de l'approche sont testés en comparant les résultats obtenus à des solutions analytiques puis à ceux d'expériences réalisées à cet effet.
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Benjelloun, Saad. "Quelques problèmes d'écoulement multi-fluide : analyse mathématique, modélisation numérique et simulation." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00764374.
Full textAbstract:
La présente thèse comporte trois parties indépendantes. La première partie présente une preuve d'existence de solutions faibles globales pour un modèle de sprays de type Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec densité variable. Ce modèle est obtenu par une limite formelle à partir d'un modèle Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec fragmentation, où seules deux valeurs de rayons de particules sont considérées : un rayon r1 pour les particules avant fragmentation, et un rayon r2 plus petit pour les particules obtenues par fragmentation. Le modèle asymptotique est obtenu dans la limite r2 tendant vers zéro. La démonstration s'appuie sur des techniques de régularisation et de troncature en vitesse, sur le théorème de Schauder et enfin sur une méthode de compacité de Lions-Di-Perna pour l'élimination des régularisations introduites dans le système initial. La deuxième partie concerne la modélisation de l'impact d'une vague de liquide sur une paroi. L'objectif de cette partie est d'obtenir un modèle pour la fuite du gaz environnant sur les "côtés" de la vague. Un modèle numérique est réalisé en remplaçant la vague liquide par une masse solide indéformable et un schéma VFFC-ALE est conçu pour la simulation numérique du modèle. La mise sans dimension des équations permet de montrer les nombres sans dimension qui régissent le phénomène de fuite. La vitesse moyenne de fuite est comparée à la vitesse dans le cas d'un fluide incompressible (pour lequel on a une expression exacte). Enfin, via la simulation numérique, une étude paramétrique est réalisée en fonction des nombres sans dimensions. Dans la troisième partie on présente une méthode numérique pour la simulation d'un modèle Vlasov-Boltzmann-Euler pour les sprays. Cette méthode couple le schéma VFFC à la méthode PIC (Particle In Cell). Les résultats présentés concernent l'écoulement d'un spray dans un pipeline courbe qu'on modélise par un système Vlasov-Boltzmann-Euler quasi-1D.
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Moussière, Sandrine. "Etude par simulation numérique des écoulements turbulents réactifs dans les réacteurs d'oxydation hydrothermale : application à un réacteur agité double enveloppe." Aix-Marseille 3, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX30045.
Full textAbstract:
L'oxydation hydrothermale est un procédé innovant de minéralisation des déchets organiques liquides qui utilise les propriétés de l'eau supercritique pour obtenir un mélange homogène du composé organique et de l'oxydant. Le réacteur étudié ici est un réacteur agité double enveloppe. Dans l'étape de nucléarisation, la simulation numérique s'est imposée pour connaître les champs de température dans le réacteur nécessaire à la conception des dossiers de sûreté. Dans un premier temps, la simulation numérique d'un réacteur tubulaire simple permet de valider l'hypothèse d'un fluide incompressible et l'utilisation du modèle de turbulence k-[oméga] pour représenter l'hydrodynamique d'un fluide supercritique. De plus, le modèle EDC s'est avéré aussi efficace que la cinétique chimique pour calculer la vitesse de réaction dans ce réacteur. Dans un second temps, l'étude de l'écoulement turbulent dans le réacteur double enveloppe agité permet de valider l'utilisation d'une géométrie 2D axisymétrique par rapport à une géométrie 3D pour le calcul des transferts thermiques malgré la géométrie complexe de l'agitateur. Il apparaît également que le mélange eau-air n'est pas monophasique dans la partie froide comme nous l'avions supposé pour simplifier le modèle. L'écoulement turbulent réactif est bien représenté par le modèle EDC après adaptation des conditions initiales. La vitesse de réaction dans le réacteur agité double enveloppe serait principalement contrôlée par le mélange des espèces et non par la cinétiqueSupercritical water oxidation is an innovative process to treat organic liquid waste which uses supercritical water properties to mix efficiency the oxidant and the organic compounds. The reactor is a stirred double shell reactor. In the step of adaptation to nuclear constraints, the computational fluid dynamic modeling is a good tool to know required temperature field in the reactor for safety analysis. Firstly, the CFD modeling of tubular reactor confirms the hypothesis of an incompressible fluid and the use of k-[oméga] turbulence model to represent the hydrodynamic. Moreover, the EDC model is as efficiency as the kinetic to compute the reaction rate in this reactor. Secondly, the study of turbulent flow in the double shell reactor confirms the use of 2D axisymetric geometry instead of 3D geometry to compute heat transfer. Moreover, this study reports that water-air mixing is not in single phase. The reactive turbulent flow is well represented by EDC model after adaptation of initial conditions. The reaction rate in supercritical water oxidation reactor is mainly controlled by the mixing
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Mycek, Paul. "Étude numérique et expérimentale du comportement d'hydroliennes." Phd thesis, Université du Havre, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00925229.
Full textAbstract:
Ce manuscrit traite de la caractérisation numérique et expérimentale du comportement d'hydroliennes. D'un point de vue expérimental, des essais ont été réalisés au bassin à houle et courant de l'IFREMER de Boulolgne-Sur-Mer, sur des maquettes d'hydroliennes tri-pales à axe horizontal. Des configurations comprenant une seule hydrolienne, d'une part, et deux hydroliennes alignées avec l'écoulement, d'autre part, ont été considérées pour une large gamme de TSR et, le cas échéant, de distances inter-hydroliennes. Le comportement des hydroliennes est analysé à la fois en termes de performances (coefficients de puissance et de traînée) et de développement du sillage. Les effets du taux de turbulence ambiante sont également examinés. Par ailleurs, des simulations numériques, obtenues à l'aide d'un code tridimensionnel instationnaire, fondé sur la méthode Vortex particulaire et développé au LOMC (UMR 6294, CNRS - Université du Havre) en partenariat avec l'IFREMER, sont présentées. Le code de calcul permet également d'étudier les performances et le sillage d'une hydrolienne. Ce dernier a été complètement réécrit dans le cadre de cette thèse et le support théorique et technique des différents aspects du code est fourni dans ce manuscrit, où la méthode Vortex telle qu'elle est utilisée dans le code est exposée en détail.
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Lallement, Julien. "Modélisation et simulation numérique d’écoulements de films minces avec effet de mouillage partiel." Thesis, Toulouse, ISAE, 2019. http://www.theses.fr/2019ESAE0005/document.
Full textAbstract:
L’accrétion de givre sur les surfaces rencontrées en aéronautique (ailes, entrées d’airmoteur, sonde) est considérée comme un risque majeur pour la sécurité aérienne. Lesconséquences observées sont la dégradation des performances aérodynamiques pouvantconduire au décrochage, des perturbations dans les moteurs pouvant aller jusqu’`a sonextinction ou le colmatage des sondes. C’est pourquoi les avionneurs développent dessystèmes de protection thermiques contre le givre. L’eau accumulée sur les surfaces resteainsi à l’état liquide et forme un film mince. Les propriétés dynamiques (hauteur, vitesseet étalement) et thermiques (température, taux d’évaporation) du film en présence d’unécoulement d’air cisaillé permettent de prédire un éventuel regel du film d’eau en dehorsdes zones protégées ("runback ice "). Comme les essais en vols ou en soufflerie sontsouvent complexes à mettre en ouvre et onéreux, la simulation numérique est devenueun outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes. L’objet principal decette thèse est le développement de modèles intégrés dans un outil numérique permettantde prédire le transport d’eau liquide sur une surface sous forme de film ou de ruisseletsou de gouttes. Une approche intégrale de type Saint Venant est adoptée ce qui permet dedécrire la dynamique macroscopique d’un film 3D pour des configurations et des temps decalcul raisonnables par rapport `a un calcul DNS. Une formulation augmentée du secondordre en espace pour le traitement des termes de courbure est proposée, ce qui autorisel’utilisation de maillages surfaciques non structurés généraux. Contrairement aux modèlesdisponibles dans la littérature, celui propos´e dans ce manuscrit présente l’avantage de tenircompte des phénomènes capillaires et de mouillage sans limite de validité en termesd’angle de contact statique. Une équation de conservation de l’énergie garantissant laconsistance thermodynamique des solutions calculées est dérivée du système augmentérégissant la dynamique du fluide. Une discrétisation de type Volumes Finis du systèmed’équation est proposée. Des simulations numériques valident le modèle pour des configurationsacadémiques de mouillage statiques et dynamiques. La transition d’un film continuen ruisselets est également simuléeThe ice accretion on surfaces encountered in aeronautics (wings, nacelle lips, sensors)is considered as a major risk for aviation safety. The consequences observed are the degradationof the aerodynamic performances that can lead to the aircraft stall, disturbancesin the engines that can lead to flame out or clogging of the sensors. That is why aircraftmanufacturers are developing thermal protection systems against icing. The wateraccumulated on the surfaces thus remains in the liquid state and forms a thin film. Thedynamic properties (thickness, velocity and spreading) and thermal properties (temperature,evaporation rate) of the film in the presence of a sheared air flow make it possible apotential refreezing of the water film on unprotected surfaces (”runback ice” phenomena).Since flight or wind tunnel tests are generally expensive and difficult to set up, numericalsimulation has become an effective and complementary tool to design these systems. Themain purpose of this thesis is to develop a model integrated in a numerical tool to predictthe transport of liquid water on a surface which might take the form of a film, a rivulet ora droplet. An integral approach based on a shallow water type model is adopted. It makesit possible to describe the macroscopic dynamics of a three-dimensional liquid film onrealistic configurations and within reasonable computing times compared to a full Navier-Stokes computation. An extended formulation is proposed, it corresponds to a second orderdifferential system and thus allows to use arbitrary surface meshes. Contrary to modelsavailable in the literature, the one proposed in this manuscript has the advantage of takinginto account capillary and wetting phenomena without validity limit in term of staticcontact angle. An energy conservation equation ensuring the thermodynamic consistencyof the calculated solutions is derived from the extended model governing fluid dynamics.A Finite Volume discretization of the system is proposed. Numerical simulations validatethe model for both static and dynamic academical wetting configurations. The transitionof a continuous film into rivulets is also simulated
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Gao, Feng. "Simulation Numérique Avancée du Décollement de Coin dans une Grille d'Aubes de Compresseur." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01068581.
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La demande croissante pour alléger les moteurs d'avions et diminuer les émissions polluantes de la propulsion aéronautique réclame à rendre plus compact le système de compression des moteurs, qui représente environ 40%-50% de la masse totale. Or, à taux de compression global égal, la réduction du nombre d'étage exige d'un point de vue aérodynamique une augmentation de la charge des aubes de compresseur par étage. La charge d'aube est aujourd'hui limitée car elle induit différents mécanismes de pertes tridimensionnelles très pénalisant. L'un des plus importants est le décollement de coin qui se forme à la jonction entre l'extrados de l'aube et le moyeu ou le carter. Bien que des travaux existent sur les mécanismes et paramètres intervenant dans le décollement de coin, il est encore difficile de proposer une méthode de contrôle efficace. Cela est principalement dû à deux raisons : (i) le manque de compréhension fine des mécanismes physiques, (ii) l'utilisation pour la conception de modèles de turbulence classiques de type RANS qui ne sont pas capables de prédire précisément le décollement de coin, car ils ne peuvent pas décrire correctement les mécanismes de transport turbulent. Des simulations de type RANS et LES sont présentées dans cette thèse sur une configuration de grille d'aubes de compresseur, et comparées avec les données expérimentales obtenues au LMFA (issues de travaux séparés). L'approche RANS surestime globalement le décollement de coin. Une amélioration significative est obtenue par la méthode LES, en particulier pour le coefficient de pression statique sur l'aube et les pertes de pression totale. Ces résultats montrent que la zone de décollement de coin, qui est la source principale des pertes, génère des tourbillons de grande échelle associés à de forts niveaux d'énergie. Les histogrammes bimodaux de la vitesse tangentielle qui ont été observés expérimentalement semblent confirmés par les résultats LES. En ce qui concerne les amplitudes des fluctuations de vitesse tangentielle, les résultats exprimentaux et ceux de la LES mettent en évidence deux pics sur certains profils perpendiculaires aux parois. Enfin, grâce à l'approche LES, les bilans de l'énergie cinétique turbulente sont calculés et analysés. Ils décrivent l'équilibre entre les termes de production, de dissipation et de transport. Une des perspectives de cette analyse est d'aider à améliorer la modélisation de la turbulence en approche RANS.
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Sciacovelli, Luca. "Simulation numérique d'écoulements turbulents de gaz dense." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0061/document.
Full textAbstract:
Les écoulements turbulents de gaz denses, qui sont d’un grand intérêt pour un large éventail d'applications, sont le siège de phénomènes physiques encore peu connus et difficiles à étudier par des approches expérimentale. Dans ce travail, nous étudions pour la première fois l’influence des effets de gaz denses sur la structure de la turbulence compressible à l’aide de simulations numériques. Le fluide considéré est le PP11, un fluorocarbure lourd, dont le comportement thermodynamique a été représenté à l’aide de différentes lois d’état, afin de quantifier la sensibilité des solutions aux choix de modélisation. Nous avons considéré d’abord la décroissance d’une turbulence homogène isotrope compressible. Les fluctuations de température sont négligeables, alors que celles de la vitesse du son sont importantes à cause de leur forte dépendance de la densité. Le comportement particulier de la vitesse du son modifie de manière significative la structure de la turbulence, conduisant à la formation de shocklets de détente. L’analyse de la contribution des différentes structures à la dissipation d’énergie et à la génération d’enstrophie montre que, pour un gaz dense, les régions de forte dilatation jouent un rôle similaire à celles de forte compression, contrairement aux gaz parfaits, dans lesquels le comportement est fortement dissymétrique. Ensuite, nous avons mené des simulations numériques pour une configuration de canal plan en régime supersonique, pour plusieurs valeurs des nombres de Mach et de Reynolds. Les résultats confirment la validité de l’hypothèse de Morkovin. L’introduction d’une loi d’échelle semi-locale prenant en compte le variations de densité et viscosité, permet de comparer les profils des grandeurs turbulentes (contraintes de Reynolds, anisotropie, budgets d’énergie) avec ces observés en gaz parfait. Les variables thermodynamiques, quant à elles, présentent une évolution très différente pour un gaz parfait et pour un gaz dense, la chaleur spécifique élevée de ce dernier conduisant à un découplage des effets dynamiques et thermiques et à un comportement proche de celui d’un fluide incompressible avec des propriétés variablesDense gas turbulent flows, of great interest for a wide range of engineering applications, exhibit physical phenomena that are still poorly understood and difficult to reproduce experimentally. In this work, we study for the first time the influence of dense gas effects on the structure of compressible turbulence by means of numerical simulations. The fluid considered is PP11, a heavy fluorocarbon, whose thermodynamic behavior is described by means of different equations of state to quantify the sensitivity of solutions to modelling choices. First, we considered the decay of compressible homogeneous isotropic turbulence. Temperature fluctuations are found to be negligible, whereas those of the speed of sound are large because of the strong dependence on density. The peculiar behavior of the speed of sound significantly modifies the structure of the turbulence, leading to the occurrence of expansion shocklets. The analysis of the contribution of the different structures to energy dissipation and enstrophy generation shows that, for a dense gas, high expansion regions play a role similar to high compression ones, unlike perfect gases, in which the observed behaviour is highly asymmetric. Then, we carried out numerical simulations of a supersonic turbulent channel flow for several values of Mach and Reynolds numbers. The results confirm the validity of the Morkovin' hypothesis. The introduction of a semi-local scaling, taking into account density and viscosity variations across the channel, allow to compare the wall-normal profiles of turbulent quantities (Reynolds stresses, anisotropy, energy budgets) with those observed in ideal gases. Nevertheless, the thermodynamic variables exhibit a different evolution between perfect and dense gases, since the high specific heats of the latter lead to a decoupling of dynamic and thermal effects, and to a behavior close to that of variable property incompressible fluids
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Léon-Becerril, Elisabeth. "Analyse de stabilité et simulation numérique des colonnes à bulles." Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0010.
Full textAbstract:
L'objectif de la thèse est la simulation numérique de l'hydrodynamique et du mélange en colonnes à bulles. En régime homogène, les bulles de gaz montent uniformément; en augmentant le débit de gaz, le régime devient hétérogène avec la présence de "grosses" structures. Ces structures ont un caractère instationnaire et contribuent au mélange. Il s'agit donc de simuler ces structures. La première partie explique l'apparition des "grosses" structures à partir d'une analyse de stabilité d'une colonne à bulles. Un régime d'écoulement permanent et établi est perturbé. L'analyse détermine dans quelles conditions la perturbation s'amplifie. Notre approche permet d'unifier des travaux antérieurs et d'expliquer les différences entre les modèles. Le rôle prépondérant de la déformation des bulles est intégré à l'analyse de stabilité. L'analyse est validée à partir de mesures de la vitesse du gaz et la vitesse de propagation des ondes, à différentes vitesses de liquide. L'analyse de stabilité permet aussi de déterminer la transition entre régimes d'écoulement en colonne à bulles et en conduite. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique. Des simulations ont été menées dans un système parallélépipédique, fermé au liquide, avec une injection de gaz ponctuelle. La prédiction de "grosses" structures en présence d'un panache gazeux est validée avec les travaux de Sokolichin & Eigenberger (1994). Nous retrouvons le rôle déterminant de la modélisation de la masse ajoutée. Nous avons simulé une colonne à bulle de section rectangulaire, fermée au liquide avec une injection de gaz uniforme, en testant différentes options de modélisation de la traînée et de la masse ajoutée. A ces simulations de l'hydrodynamique ont été couplés des traçages effectués sur une hydrodynamique instationnaire qui démontrent le rôle essentiel des "grosses" structures sur le mélange dans une colonne à bullesThe objective of this thesis is the numerical simulation of hydrodynamics and mixing in bubble columns. Experimentally, two different flow behaviours for bubble columns can be observed. In the homogeneous flow, the gas bubbles move upward uniformly. If the gas flow rate increases, the system becomes heterogeneous. This flow is characterised by the presence of large structures. These structures have an unsteady behaviour, and it is possible that they enhance the mixing in bubble columns. In the first part, the existence of large structures in bubble columns is explained by a stability analysis. An uniform bubbly flow is perturbed and the analysis of stability determines the conditions at which this perturbation is amplified. This analysis is based on two main approaches presented in the literature. A particular objective of this research was the synthesis of such approaches, taking into account the importance of bubble deformation in stability. The proposed approach was validated with experimental data of gas velocity and kinematic velocity at several liquid flow rates. In addition this approach allows to analyse the stability and to determine the transition between flow regimes in bubble columns and in pipe flows. The second point is devoted to the numerical simulation of bubble columns in unsteady flows. Simulations were performed for a rectangular system without liquid flow and with a punctual gas flow rate (Sokolichin & Eigenberger, 1994). The importance of the added mass force which is modelled as a function of the gas fraction and bubble deformation is determined. Finally, a simplified CFD model of bubble column has been constructed with a rectangular surface and an uniformly distributed gas feed at the bottom. The aim of such simulations was to test different models for the drag and added mass forces. Simulated tracer tests were carried out and the results confirmed the importance of the large structures in terms of the concentration transport
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Vial, Christophe. "Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_VIAL_C.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique d'une colonne à bulles et d'un réacteur à gazosiphon à recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la métrologie nécessaire à la mesure de paramètres hydrodynamiques globaux et locaux dans les écoulements à bulles. Dans cette partie, des méthodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont été développées pour l'identification du régime d'écoulement, et trois techniques de mesures ont été adaptées aux écoulements à bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une méthode électrochimique et la vélocimétrie laser Doppler. Ces méthodes ont complété les techniques déjà disponibles pour étudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler à réflexion d'ultrasons. Cet ensemble de méthodes de mesure nous a ensuite permis de caractériser l'hydrodynamique des deux réacteurs. Les transitions de régime ont été déterminées. Les paramètres mesurés, aussi bien à l'échelle locale qu'à l'échelle du réacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait être mesurée, a été estimée à partir d'un modèle simple. Finalement, l'évolution de tous ces paramètres a été analysée en fonction du débit de gaz, de son mode de distribution et du régime d'écoulement. Enfin, l'ensemble des données expérimentales obtenues aux échelles locales et globales sur les deux réacteurs a été comparé aux résultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Différentes formulations de la traînée, des forces additionnelles et de la turbulence ont été utilisées pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et expériences. La capacité de ce code commercial à prédire correctement l'écoulement ainsi que ses limitations actuelles ont été étudiéesThis work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of the hydrodynamics of a bubble column and an external loop airlift reactor. It includes three parts. First, measuring techniques have been developed to study the local and global hydrodynamic parameters of the bubbly flow. In this section, several treatments of the fluctuating wall pressure signal have been developed to identify the prevailing flow regime; three measuring techniques have been adapted to bubbly flows in order to measure the local velocity of the continuous phase: the "Pavlov" tube, an electrochemical method and Laser Doppler Velocimetry. These techniques have completed the methods already available to study the dynamics of the gas phase: local optical probes and an ultrasound Doppler technique. Then, this set of measuring techniques has been used to characterise the hydrodynamics in both reactors. Regime transitions have been deterrnined. The local and global parameters which have been measured are: the gas hold-up; the velocity, the size and the morphology of the bubbles; the liquid velocity and its local fluctuations. The Reynolds shear stress, which could not be measured, has been estimated using a simple model. The evolution of these parameters has been related to the gas flow rate, the gas distribution and the hydrodynamic regime. The whole experimental data are finally compared to the predicted values obtained using a commercial CFD code. Several models of drag, additional forces and turbulence have been used to obtain the best agreement between calculations and experiments. The ability of this commercial code to predict correctly the flow and its current limits have been highlighted
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Kong, Jian Xin. "Contribution à l'analyse numérique des méthodes de couplage particules-grille en mécanique des fluides." Habilitation à diriger des recherches, Grenoble 1, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343556.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l'étude numérique des méthodes du couplage particules-grille (ou appelée methode de vortex in cell) en écoulements bidimensionnels de fluides incompressibles, tant parfait que peu visqueux. Dans la première partie de ce travail on s'intéresse a la resolution numérique des équations d'Euler incompressibles par des méthodes de vortex in cell (vic). On propose une technique itérative pour en améliorer la précision et on montre sur des cas tests l'efficacité de ces techniques. Dans la seconde partie, on montre la convergence pour les équations de navier-stokes d'une methode de vortex utilisant la diffusion numérique produite par la reinitialisation des particules pour simuler la diffusion physique. On définit un schéma vic base sur les techniques de la première partie et on l'utilise pour la simulation de turbulence bidimensionnelle périodique. On obtient les premiers résultats satisfaisants par methode de vortex in cell pour ce cas test difficile
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Caleyron, Fabien. "Simulation numérique par la méthode SPH de fuites de fluide consécutives à la déchirure d'un réservoir sous impact." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00711040.
Full textAbstract:
Le récent développement des menaces terroristes renforce l'effort de recherche du CEA et d'EDF pour la protection des citoyens et des installations. De nombreux scénarios doivent être envisagés comme, par exemple, la chute d'un avion de ligne sur une structure de génie civil. La dispersion du carburant dans la structure, son embrasement sous forme de boule de feu et les effets thermiques associés sont des éléments essentiels du problème. L'utilisation de modèles numériques est indispensable car des expériences seraient difficiles à mettre en œuvre, coûteuses et dangereuses. Le problème type que l'on cherche à modéliser est donc l'impact d'un réservoir rempli de fluide, sa déchirure et la dispersion de son contenu. C'est un problème complexe qui fait intervenir une structure mince avec un comportement fortement non-linéaire allant jusqu'à rupture, un fluide dont la surface libre peut varier drastiquement et des interactions fluide-structure non permanentes. L'utilisation des méthodes numériques traditionnelles pour résoudre ce problème semble difficile, essentiellement parce qu'elles reposent sur un maillage. Cela complique la gestion des grandes déformations, la modélisation des interfaces variables et l'introduction de discontinuités telles que les fissures. Afin de s'affranchir de ces problèmes, la méthode sans maillage SPH (\og Smoothed Particle Hydrodynamics \fg) a été utilisée pour modéliser le fluide et la structure. Ce travail, inscrit dans la continuité de recherches précédentes, a permis d'étendre un modèle de coque SPH à la modélisation des ruptures. Un algorithme de gestion des interactions fluide-structure a également été adapté à la topologie particulière des coques. Afin de réduire les coûts de calcul importants liés à ce modèle, un couplage avec la méthode des éléments finis a également été élaboré. Il permet de n'utiliser les SPH que dans les zones d'intérêt où la rupture est attendue. Finalement, des essais réalisés par l'ONERA sont étudiés pour valider la méthode. Ces travaux ont permis de doter le logiciel de dynamique rapide Europlexus d'un outil original et efficace pour la simulation des impacts de structures minces en interaction avec un fluide. Un calcul démonstratif montre enfin la pertinence de l'approche et sa mise en œuvre dans un cadre industriel.
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Moet, Henri. "Simulation numérique du comportement des tourbillons de sillage dans l'atmosphère." Toulouse, INPT, 2003. http://www.theses.fr/2003INPT007H.
Full textAbstract:
Le sillage d'un avion est composé de tourbillons intenses. La durée de vie de ces tourbillons dépend des conditions atmosphériques et peut être de l'ordre de plusieurs minutes. Ils peuvent constituer un danger considérable pour un avion pénétrant dans ce sillage et leur action peut se traduire par un fort mouvement de roulis ou descendant. Le but de ce travail est d'étudier les effets des conditions atmosphériques sur le comportement des tourbillons de sillage par la simulation numérique. Dans le champ proche étendu nous avons simulé le phénomène de la fusion instable due au développement de l'instabilité elliptique en étudiant la robustesse de ce phénomène sous l'effet de la turbulence ambiante. L'effet de la turbulence ambiante à également été étudié dans le champ lointain. Ceci a été réalisé en considérant différentes configurations de vortex et une étude paramétrique a identifié les paramètres pertinents qui gouvernent la dégénérescence du sillage due à la turbulence. Ces résultats ont été utilisés pour définir un modèle préliminaire de dégénérescence pour des tourbillons affectés par la turbulence. Une étude de la propagation d'onde dans des tourbillons représentatifs du sillage lointain a montré l'apparition de l'instabilité hélicoi͏̈dale et du phénomène de 'vortex bursting'. Pour atteindre ce but, des configurations simples et plus réalistes (correspondant au sillage d'un avion de transport) ont été considérées. D'autres simulations ont été faites pour étudier l'effet de la stratification stable sur les tourbillons de sillage dans le champ lointain [. . . ]
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Mustapha, Hussein. "Simulation numérique de l'écoulement dans des milieux fracturés tridimensionnels." Rennes 1, 2005. http://www.theses.fr/2005REN1S166.
Full textAbstract:
La simulation numérique est un outil essentiel pour le développement technologique de disciplines très variées comme la mécanique des fluides et la géologie. Ce travail a pour objectif de développer des outils efficaces et précis pour résoudre les équations régissant les écoulements et les transferts de masse en milieux fracturés tridimensionnels très hétérogènes. L'hétérogénéité des milieux fracturés est multi-échelles et la géométrie des réseaux de fractures est complexe. Dans la première partie, nous avons simplifié les configurations pénalisantes dans les réseaux de fractures et nous avons maillé des réseaux très complexes avec des maillages de bonne qualité. Dans la deuxième partie, nous avons validé notre solution approchée et analysé la précision de notre méthode. Dans la troisième partie, nous avons parallélisé notre code et calculé la solution dans des réseaux de grandes tailles, aidant à la recherche des lois d'échelles.
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Glinsky, Nathalie. "Simulation numérique d'écoulements hypersoniques réactifs hors-équilibre chimique." Nice, 1990. http://www.theses.fr/1990NICE4428.
Full textAbstract:
Le but de ce travail est de simuler numériquement l'écoulement hypersonique autour d'un engin spatial lors de sa rentrée atmosphérique. On résout d'abord un problème monodimensionnel modélisant les phénomènes de dissociation chimique et de relaxation derrière un choc fort détaché par une méthode d'avancement en espace. On examine ensuite la stabilité des schémas décentrés pour les équations bidimensionnelles de convection et de convection-diffusion d'une espèce. On étudie ensuite des écoulements réactifs bidimensionnels régis par les équations d'Euler puis de Navier-Stokes auxquelles on ajoute un modèle de dissociation chimique hors-équilibre. Dans une approche pseudo-instationnaire, on utilise une discrétisation spatiale de type mixte volumes finis/éléments finis P1 décentrés applicable à des maillages triangulaires non structurés. L’extension à l'ordre 2 est faite par la méthode M. U. S. C. L. L'introduction des équations de bilan des espèces est réalisée selon l'approche découplée et l'utilisation d'un gamma-équivalent. Le terme de production des espèces est traité implicitement. Cette méthode est validée. On présente enfin des solutions numériques d'écoulements (non visqueux et visqueux) autour de corps émoussés et d'une géométrie de double-ellipse modélisant la navette européenne HERMES
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Gillyboeuf, Jean-Philippe. "Diverses méthodes chimère pour la simulation numérique d'écoulements stationnaires." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT127H.
Full textAbstract:
La technique chimere est une technique multidomaine qui permet de calculer des ecoulements sur des maillages qui se recouvrent sans aucune contrainte geometrique. La principale difficulte qu'elle pose est de transmettre l'information entre les domaines de calcul. Deux approches sont etudiees : l'une est fondee sur l'interpolation, l'autre sur la deformation des domaines. L'approche par interpolation est meilleure, mais son application n'est pas toujours commode. La solution consiste alors a combiner les deux approches de facon a ce qu'il y ait aussi peu de deformation que possible et autant que necessaire. A maillages equivalents, la qualite des resultats que la technique chimere permet d'obtenir est a peu pres equivalente a celle d'un resultat obtenu par un calcul multidomaine classique.
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Parnaudeau, Philippe. "Etude numérique d'un écoulement cisaillé turbulent complexe à basse vitesse : application à la protection rapprochée." Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2311.
Full textAbstract:
Des sillages complexes sont étudiés par Simulations Numériques Directes et aux Grandes Echelles. Afin de tenir compte de l'obstacle, une méthode de forçage a été implantée au sein d'un code de calcul qui utilise des méthodes numériques de haute précision sur un maillage cartésien. Pour modéliser le plus fidèlement possible l'écoulement autour d'un cylindre, la méthode de forçage a subi des modifications. Ainsi à l'aide d'un écoulement miroir, défini au sein de l'obstacle, nous avons amélioré cette méthode. Les SND autour d'un cylindre mettent en évidence ces améliorations. En particulier, nous nous sommes attachés à démontrer l'importance de l'utilisation de schémas de discrétisations spatiales d'ordre élevées dans le cadre de notre étude. L'étude d'un sillage de cylindre pour un nombre de Reynolds de 3900 a permis de valider notre approche dans le cadre des SGE. Enfin une étude préliminaire d'une couche de mélange en interaction avec un sillage est proposéeComplex wakes are studied by Direct and Large Eddy Simulations. In order to take account of the obstacle, a method of forcing was established in numerical code which uses numerical methods of high precision on a Cartesian grid. In order to keep accurately best possible in modelling the flow around a cylinder, the method of forcing underwent modifications. Thus using a flow mirror, definite within the obstacle, we improved this method. The DNS around a cylinder highlight at these improvements. In particular, we highlighted the importance of using high order space discretizations schemes within the framework of our study. The study of a wake of cylinder for a Reynolds number of 3900 was used to validate our approach within the framework of the LES. Finally a preliminary study of a mixing layer in interaction with a wake is proposed
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Renaud, Thomas. "Simulation numérique du tremblement autour de profils d'aile en régime transsonique." Paris, ENSAM, 2001. http://www.theses.fr/2001ENAM0027.
Full text
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Vintimiglia, Anne-Sophie. "Implémentation d'une cinétique de cristallisation des polymères dans une simulation numérique bidimensionnelle par éléments finis : application à l'injection des thermoplastiques et au procédé push-pull." ENSMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0868.
Full textAbstract:
Ce travail concerne la prise en compte d'une cinétique de cristallisation dans un code par éléments finis bidimensionnel de remplissage de moule par des thermoplastiques. Il s'agit de calculer la cristallisation et d'en déduire l’épaisseur solide de polymère formée pendant le remplissage, en injection conventionnelle et en injection push-pull. La cinétique est basée sur le modèle d'avrami-evans-kolmogorov écrit sous forme différentielle. L’équation de la chaleur est écrite sous forme enthalpique et est résolue en température et en taux de cristallinité. Le modèle cinétique nous permet de calculer la fraction volumique transformée dès que la température du polymère est inférieure à la température d’équilibre thermodynamique. Un point fixe couple le calcul de cristallisation au calcul thermique et pour des refroidissements statiques un algorithme de pas de temps adaptatif basé sur l'estimateur d'erreur à posteriori permet de réduire les coûts de calcul. En injection, un autre algorithme de pas de temps, macro/micro a permis de coupler la mécanique à la thermique et au calcul de la cristallisation. La méthode des caractéristiques employée pour le transport permet de suivre l'histoire du matériau. Des simulations de refroidissements statiques et de remplissages ont permis de valider le modèle. Ces simulations ont également mis en évidence l'importance de la condition aux limites en flux de chaleur entre le moule et le polymère ainsi que le choix d'une fraction transformée de non écoulement.
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Nguyen, Thi Phuong. "Simulation numérique et analyse physique des couches limites turbulentes compressibles sous l'influence des gradients de pression." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT041H.
Full textAbstract:
Ce travail est consacre à la modélisation numérique et l'analyse physique des couches limites compressibles soumises à des gradients de pression favorables et adverses. Dans la première partie, une couche limite incompressible sans gradient de pression est calculée par un code de calcul de type parabolique. Les résultats théoriques et expérimentaux nous ont permis de valider ce code et d'évaluer la performance des différents modèles de turbulence a deux équations. Ensuite, nous étudions les effets de la compressibilité. L'extension des fonctions d'amortissement des modèles classiques de type k - e aux écoulements compressibles est discutée. Les résultats comparés avec les données expérimentales nous montrent la capacité des modèles de décrire des couches limites compressibles. Dans la dernière partie, le code de calcul est appliqué aux écoulements compressibles à des gradients de pression favorables et adverses. Les effets des gradients de pression sur les couches limites subsoniques sont analysés, et ensuite nous étudions les effets combinés des gradients de pression et de la compressibilité. Les performances de différents modèles dans ces configurations complexes sont évaluées.
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Alauzet, Frédéric. "Adaptation de maillage anisotrope en trois dimensions : applications aux simulations instationnaires en mécanique des fluides." Montpellier 2, 2003. http://www.theses.fr/2003MON20065.
Full text
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Daboussy, David. "Calculs 3D multi-fluides appliqués à la co-injection et à l'injection assistée gaz." Paris, ENSMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP1049.
Full textAbstract:
Dans cette étude sont développées des méthodes de simulation numérique tridimensionnelle de la phase de remplissage des procédés d'injection multi-matériaux et d'injection assistée gaz des polymères. De plus, une technique pour suivre des bulles de gaz dans un écoulement de fluide visqueux est présentée. Ces méthodes s'appuient sur un solveur des équations de Stokes et une résolution d'équation de transport dites de Taylor-Galerkin discontinue développés pour la simulation d'injection classique. Le premier appel à l'extension des équations de Stokes à toute la cavité du moule qui permet de résoudre un problème comportant des champs de vitesse et de pression communs au fluide et à la partie non remplie. Ici, la même technique a été enrichie et additionne dans un même système les contributions provenant de plusieurs fluides visqueux différents pour simuler l'injection simultanée deux polymères pour la co-injection, ou même de trois ou plus. Puis, une modélisation simple d'un gaz couplée à cette addition des contributions est appliquée à l'injection assistée gaz. Finalement, une technique originale de suivi de domaines par utilisation de la topologie de maillage est implémentée pour appréhender l'évolution de bulles de gaz ou d'air prisonnières dans l'écoulement lors des procédés d'injection.
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Saez, Estelle. "Etude numérique du remplissage 3D en fonderie." Paris, ENMP, 2003. http://www.theses.fr/2003ENMP1145.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la simulation numérique par éléments finis, d'écoulements tridimensionnels incompressibles à surface libre instationnaires. L'application industrielle visée est l'étude de la phase de remplissage des procédés de fonderie. Il consiste principalement en l'adaptation du logiciel REM3D® qui est un logiciel initialement dédié à l'injection des polymères. Les méthodes présentes dans ce code permettent de résoudre les écoulements visqueux à surface libre, dans une approche multidomaine. La résolution directe d'un problème de Navier-Stokes est effectuée en introduisant, dans le solveur initial, les termes de gravité et d'inertie. Ces derniers sont exprimés à l'aide d'une approximation P1 par morceaux de la vitesse, et de la vitesse moyenne par élément, qui est P0 par morceaux : les termes d'advection sont exprimés par une méthode Galerkin discontinu standard. Le problème en vitesse/pression est stabilisé par condensation de bulle. Cette méthode a été testée sur plusieurs cas académiques, pour des écoulements stationnaires et instationnaires, avec suivi de la surface libre. Enfin, afin de pouvoir simuler les écoulements rencontrés en fonderie, des conditions de contact glissant ont été introduites. Un algorithme original de construction de normales multiples conservatives aux nœuds a été implémenté et validé, dans un contexte multidomaine. Le logiciel de simulation ainsi construit, a été validé sur des cas tests spécialement mis au point pour la fonderie, et en thermique multidomaineThis work deals with the numerical simulation of unsteady free surface flows of incompressible viscous fluids with finite element method. The industrial application consists of the filling stage of casting processes. It is based on the adaptation of an already existing software, REM3D®, which was initially dedicated to polymers injection moulding. Gravity and inertial effects have been introduced in the solver yielding a direct Navier Stokes method. Inertia description uses a piecewise linear interpolation of the velocity, and also the mean value of the velocity which is piecewise constant : the Galerkin discontinuous method is used to treat the advection terms. . This Navier Stokes equations resolution has been tested on several academic test cases: steady and non steady flow benchmarks have been chosen in order to validate only the mechanical solver, and afterwards, its coupling with the free surface solver. In order to simulate fluid metal flow, sliding boundary conditions have been introduced. An original algorithm of multiple consistent normal vectors has been implemented and validated. Finally, the filling stage of a specific casting benchmark has been studied, and mould filling have been carried out on industrial cases
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Gaston, Laurence. "Simulation numérique par éléments finis bidimensionnels du remplissage de moules de fonderie et étude experimentale sur maquette hydraulique." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0741.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la simulation numérique par éléments finis, d'écoulements bidimensionnels incompressibles à surface libre instationnaire. L'application industrielle visée est la phase de remplissage des procédés de mise en forme des métaux par fonderie. Afin de contourner les inconvénients respectifs des approches purement eulériennes et purement lagrangiennes, nous proposons une approche intermédiaire de type ALE (arbitrairement lagrangienne eulérienne) : à chaque incrément de temps, les équations d'équilibre mécanique (Navier-Stokes incompressibles) sont résolues sur le domaine fluide, après discrétisation en temps et en espace. Dans le même temps, une vitesse de maillage indépendante de la vitesse matérielle est calculée de manière à optimiser la forme des éléments (régularisation) tout en respectant le flux de matière en frontière. Les échanges thermiques sont traités par une résolution découplée de l'équation de la chaleur restreinte au fluide, et les effets turbulents, s'ils existent, sont pris en compte par le modèle K- standard. Le logiciel de simulation du remplissage ainsi construit a été validé dans diverses configurations académiques de la littérature, et confronté avec succès à des résultats de coulée de métaux en moule instrumenté. Une campagne expérimentale sur maquette hydraulique transparente a permis de montrer l'aptitude du modèle mécanique à représenter les évolutions de front de matière dans des géométries complexes caractéristiques de la fonderieThis work deals with the numerical simulation of unsteady free surface flows of incompressible viscous fluids with the finite element method. In order to overcome the limitations due to both purely Eulerian and purely Lagrangian approaches, an intermediate ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) formulation is proposed : at each time increment, the mechanical equilibrium (incompressible Navier-Stokes equations) is solved on the fluid domain, after time and space discretization. At the same time, a mesh velocity is computed using a regularization technique that enables to keep the mesh as near as possible to the optimum and respects the material flux. The thermal equilibrium is solved in an uncoupled way, and turbulent effects, if present, are taken into account via a standard k-Є model. The resulting filling software has been validated on various classical test cases, and succesfully compared to results of metal flows on an instrumented mould. In addition, hydraulic experiments on a transparent model have shown the ability of the present approach to describe free surface evolutions in complex geometries, such as those encoutered in casting
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Serre, Eric. "Instabilités de couche limite dans des écoulements confinés en rotation : Simulation numérique directe par une méthode spectrale de comportements complexes." Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX2A001.
Full text
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Baba-Aissa, Chafik. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques, turbulents au sein des réacteurs chimiques : application aux colonnes à bulles." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL129N.
Full textAbstract:
Les colonnes à bulles offrent un domaine d'application aux propriétés de mélange par agitation des bulles. La construction de ce type de réacteurs est relativement simple, en revanche, la structure des écoulements est très complexe et demeure une contrainte rendant leur dimensionnement problématique avec leur corollaire de sur ou sous dimensionnement entrainant des pertes de rendement, de réactifs introduits dans le réacteur. C’est la raison pour laquelle les méthodes traditionnelles utilisées en génie chimique semblent de plus en plus supplées par une approche qui s'appuie sur la mécanique des fluides numérique pour explorer localement la structure des écoulements. L’approche lagrangienne et l'approche eulérienne sont les deux méthodes utilisées. La méthode lagrangienne considère la phase continue au moyen du modèle exact de Navier Stokes diphasique, alors que la phase dispersée est décrite au moyen de sa trajectoire. Le couplage des deux phases s'effectue par les forces d'interaction au niveau de l'interface. L’approche eulérienne considère chaque phase par un système d'équations de Navier Stokes, le terme source relatif aux interactions au niveau de l'interface sert à coupler les deux phases. Le but que nous nous proposons d'atteindre est une certaine maitrise de la simulation numérique des écoulements au sein des réacteurs diphasiques à bulles. Pour ce faire les simulations sont comparées avec les résultats publiés. Deux cas tests sont proposés pour montrer la capacité du code utilisé à donner des résultats à des conditions différentes de distribution des bulles. Distribution sur toute la colonne, et distribution partielle de gaz. Nous considérons trois types de réacteurs. Le premier est une colonne à bulle de grand diamètre dont les résultats obtenus sont comparés avec les travaux portant sur la simulation numérique utilisant le modèle lagrangien. L’analyse comparative concerne les deux types de modèles. Le deuxième réacteur est une colonne à bulle dont le rapport hauteur sur diamètre est supérieur à dix. Les résultats sont comparés avec les mesures expérimentales, essentiellement la vélocimétrie à film chaud. Dans une troisieme série de simulations nous avons considéré un réacteur du type gazosiphon utilisé. Le but de l'approche est de comparer le code que nous avons utilisé avec un autre type de code de mécanique des fluides numérique. Les efforts pour assurer le succès de cette approche doivent porter sur la modélisation mathématique des phénomènes de coalescence et de fragmentation des bulles et leur introduction au sein du modèle.
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Bournot, Hervé. "Modélisation numérique de la réduction de traînée d'arrière-corps par injection diphasique additionnelle." Aix-Marseille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX11058.
Full textAbstract:
Le système de réduction de traînée appelé système "base-bleed" consiste en l'injection d'un gaz dans la zone d'arrière-corps d'engins en vol qui va localement augmenter la pression et permettre un gain de portée. Ce manuscrit présente les travaux qui ont été effectués dans le domaine de la simulation numérique et de la modélisation des écoulements diphasiques réactifs compressibles pour développer un outil permettant la prédiction de la réduction de traînée de culot par effet "base-bleed". Les simulations permettent de décrire correctement les différents régimes d'écoulement qui se mettent en place lorsqu'un écoulement axisymétrique fortement décollé se trouve modifié par la présence d'une injection. Elles contribuent à améliorer la compréhension des mécanismes de transition entre ces régimes, notamment sous l'influence des paramètres débit et température. Enfin, les effets de particules d'aluminium réactives ont été étudiés, celles-ci peuvent améliorer l'efficacité du système.
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Deutsch, Emmanuel. "Dispersion de particules dans une turbulence homogène isotrope stationnaire calculée par simulation numérique directe des grandes échelles." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1992. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1454_edeutsch.pdf.
Full textAbstract:
Afin d'étudier le comportement et les caractéristiques du mouvement fluctuant de particules entrainées par la turbulence, la dispersion de nuages de particules (25000-100000) a été simulée dans un champ de turbulence homogène isotrope stationnaire calculé à l'aide d'une simulation numérique directe des grandes échelles de la turbulence (large eddy simulation). L'équation du mouvement de chaque particule prend en compte la contribution des forces de trainée, de pression et de masse ajoutée. Des calculs de dispersion de particules en l'absence de forces extérieures ont été réalisés pour trois rapports de densité particules/fluide (=2000, 2. Et 0. 001). La dispersion des particules les plus denses a également été simulée en appliquant une force de gravite pour étudier l'influence du glissement moyen entre les phases. Enfin, en appliquant une force extérieure variant linéairement dans une direction, la viscosité turbulente d'un nuage de particules denses a été calculée. Les résultats sont comparés avec des expressions analytiques obtenues à partir d'une extension de la théorie de Tchen qui consiste à calculer les caractéristiques du mouvement fluctuant des particules en fonction de la turbulence du fluide vue par les particules. Cette extension, à condition de prédire correctement les caractéristiques de la turbulence le long des trajectoires des particules, permet de prendre en compte divers phénomènes, l'effet de la ségrégation des bulles vers des zones à vitesse du fluide plus faible, l'effet de croisement de trajectoires. D'autre part ces simulations ont permis d'affiner et de valider l'expression des coefficients de transport turbulent de la phase dispersée utilisés pour la prédiction numérique des écoulements diphasiques a l'aide d'équations eulériennes dans les deux phases.
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Malandain, Mathias. "Simulation massivement parallèle des écoulements turbulents à faible nombre de Mach." Phd thesis, INSA de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00801502.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est l'accélération des solveurs utilisés pour la résolution de l'équation de Poisson pour la pression, dans le cas de la simulation d'écoulements à faible nombre de Mach sur des maillages non structurés. Cet objectif est complété par un besoin de stabilité, en particulier sur des géométries complexes. Plusieurs modifications de la méthode des Gradients Conjugués avec déflation ont été considérées à cet effet. Une méthode de redémarrage basée sur une estimation de l'effet des erreurs numériques a été mise en oeuvre et validée. Par la suite, une méthode consistant à calculer des solutions linéaires ou quadratiques par morceaux sur le maillage grossier s'est avérée instable dans le solveur non structuré YALES2. La nouvelle méthode alors développée consiste à transformer la méthode standard de déflation à deux niveaux de maillage en une méthode à trois niveaux. Cependant, le nombre élevé d'itérations sur le troisième niveau de maillage nouvellement créé ralentit le solveur, ce que nous avons rectifié grâce à deux méthodes développées particulièrement pour réduire le nombre d'itérations sur les niveaux grossiers. La première méthode est la création de solutions initiales grâce à une méthode de projection adaptée. La seconde consiste en une adaptation du critère de convergence sur les niveaux grossiers. Les résultats numériques sur des simulations massivement parallèles, avec le solveur à deux niveaux classique, montrent une réduction considérable du temps de calcul du solveur et une amélioration importante de sa scalabilité faible. L'application de ces techniques à la déflation à trois niveaux induit des gains supplémentaires en termes de temps de calcul. Outre le perfectionnement de ce solveur, des recherches supplémentaires doivent être conduites sur l'équilibrage dynamique de charges de calcul, qui pourrait devenir un développement-clé du solveur.
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Wullens, Sébastien. "Étude numérique de la ventilation naturelle, mise en oeuvre d'un modèle fin dans une simulation de thermique du bâtiment." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAA024/document.
Full textAbstract:
Le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie au niveau mondial. Pour en réduire l'impact environnemental, l'utilisation de solutions passives pour améliorer le confort est nécessaire. Malgré ce constat, la climatisation est de plus en plus utilisée dans les DROM-COM. Le développement de la ventilation naturelle est incontournable pour inverser cette tendance. Les méthodes multizones, modèles historiques de la simulation thermique du bâtiment, peinent à décrire ce type d'écoulement. Les modèles de mécanique des fluides numériques (MFN) sont prometteurs pour lever ce frein à l'utilisation de la ventilation naturelle.Ce manuscrit traite de l'adaptation d'un code de résolution directe des équations de Navier-Stokes à la description d'écoulements d'air dans le bâtiment. À cette fin, le développement, l'implémentation et la comparaison de différents types de conditions aux limites en pression sur les ouvertures ont été nécessaires. Ce travail nous a permis d'étudier le comportement d'une chambre soumise à de la convection naturelle et mixte. Pour intégrer ces développements à une simulation de bâtiment, nous avons développé un objet qui appelle le code de MFN sur un serveur de calcul distant depuis un environnement multizone de façon transparente. Le refroidissement partiel des murs d'une cavité soumise à de la convection naturelle a pu être simulé à l'aide de cette méthodeThe building sector is the global largest energy consumer. To reduce environmental impact of buildings, passive tools must be developed. Still, air conditioning is increasingly used in the DROM-COM. The development of natural ventilation is essential to reverse this trend. Multizone models are not really suited for describing natural ventilation flows. Computational fluid dynamics (CFD) seem to be a promising way too model those flows.This thesis deals with the adaptation of a direct resolution of the Navier-Stokes equations code to describe airflows in buildings. The development, implementation and comparison of different types of pressure boundary conditions on the openings were required. The behavior of a room subjected to natural and mixed convection has been studied thanks to this work. To integrate this model into a building simulation, a “black box” object that transparently calls the CFD code on a remote server from a multizone environment has been developed. Partial cooling of the walls of a cavity subjected to natural convection has been simulated using this method
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Sanchez, Laurent. "Etude expérimentale et simulation numérique d'un jet confiné en régime pulsé : application à la régurgitation de la valve mitrale." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2311.
Full textAbstract:
La difficulté de définir l'origine exacte d'une régurgitation valvulaire mitrale, pour les cardiologues, pose un problème essentiel concernant l'impact sur le patient. L'amélioration de la détermination de la cause du jet régurgitant permettra de mieux décider du traitement, voir de l'opération adéquate. C'est pourquoi, nous avons cherché à reproduire cet écoulement qui est semblable à l'étude d'un jet à travers une conduite cylindrique, en présence d'une singularité, pour des conditions d'écoulements proches de celles existantes dans le cœur au cours du cycle cardiaque. Cette étude a été rendue possible par une méthode expérimentale, grâce à la technique de mesure PIV, et d'un banc expérimental adapté, et par une étude numérique ayant pour but de compléter certains points inaccessibles par l'expérimentation. Tout d'abord, le premier résultat a été la visualisation par la méthode non-intrusive de la PIV, d'un jet semi-confiné à caractère physiologique. Ensuite, l'analyse des résultats apporte des informations spécifiques sur l'écoulement. Le corps potentiel, la décroissance du jet ou encore les contraintes de cisaillement en régime pulsé sont des données spécifiques de l'écoulement. Elles nous permettent de définir et vérifier certaines lois empiriques. D'autres données nous renseignent sur les éventuelles conséquences qu'un tel type d'écoulement peut avoir sur l'organisme. A partir de l'étude numérique, réalisé en partie par le code commercial FluentÒ, et par le développement d'un code de DNS, nous avons pu tirer et conforter certaines idées émergeantes de l'expérimentation, dans des zones difficiles d'accès par la PIV. Mais des différences trop importantes ne nous permettent pas de faire une totale comparaison entre données numériques et expérimentales. Les relations trouvées dans cette étude, qui sont spécifiques à un jet régurgitant, pourront permettre de mieux définir certains phénomènes d'écoulements.
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Bouhadji, Abdelatif. "Analyse physique par simulation numérique de phénomènes de transition bi- et tridimensionnels dans l'écoulement compressible, visqueux autour d'une aile d'avion." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT026H.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est d'analyser, par simulation numérique des équations de Navier-Stokes, des écoulements autour d'un profil d'aile et d'aile, d'un fluide visqueux dans des régimes principalement transsoniques instationnaires. Pour des nombres de Mach compris entre 0. 2 et 0. 98 et un nombre de Reynolds fixe à 10 puissance 4, des étapes de changements successifs ont pu être identifiées. L'écoulement passe d'un état stationnaire et symétrique vers un état instationnaire en développant une instabilité de type Von Kàrmàn et une instabilité de basse fréquence. Pour des nombres de Mach suffisamment importants, de fortes interactions choc-vortex sont mises en évidence. Parallèlement a cette étude, l'influence du nombre de Reynolds dans la gamme (500-10 puissance 4) pour un nombre de Mach égal a 0. 85 est quantifiée. L'écoulement reste stationnaire jusqu'au nombre de Reynolds égal a 2200. Au-delà, une instabilité de type Von Kàrmàn est présente. En dernière partie, l'étude d'un écoulement transsonique autour d'une aile d'envergure infinie, est effectuée. L'analyse de cet écoulement fournit la naissance de fluctuations de la troisième composante de vitesse w le long de l'envergure, conduisant ainsi, a la perte du caractère bidimensionnel et a la formation de structures tourbillonnaires longitudinales. Les fluctuations de w montrent clairement la présence d'une instabilité secondaire inhérente au caractère tridimensionnel de l'écoulement.
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Doyeux, Vincent. "Modelisation et simulation de systemes multi-fluides. Application aux ecoulements sanguins." Phd thesis, Université de Grenoble, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00939930.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous développons un cadre de calcul dédié à la simulation d'écoulements à plusieurs fluides. Nous présentons des validations et vérifications de ces méthodes sur des problèmes de capture d'interfaces et de simulations de bulles visqueuses. Nous montrons ensuite que ce cadre de calcul est adapté à la simulation d'objet rigides en écoulement. Puis, nous étendons ces méthodes à la simulation d'objets déformables simulant le comportement des globules rouges : les vésicules. Nous validons aussi ces simulations. Enfin nous appliquons les précédents modèles à des problèmes ouverts de microfluidique tels que la séparation d'une suspension dans une bifurcation microfluidique et la rhéologie en milieu confiné.
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Colin, Olivier. "Simulations aux grandes échelles de la combustion turbulente prémélangée dans les statoréacteurs." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT011H.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est de développer l'approche LES (Large Eddy Simulation) de la combustion turbulente prémélangée dans les statoréacteurs. Dans un premier temps, une étude bibliographique rappelle les caractéristiques essentielles des trois grandes approches de modélisation de la combustion turbulente en mécanique des fluides numérique (DNS, RANS et LES). Nous présentons ensuite le modèle TFLES (pour Thickened Flame LES) développé dans cette thèse : une partie de la combustion est directement résolue sur le maillage LES grâce à la méthode d'épaississement du front de flamme. La surface de flamme de sous-maille est alors modélisée par une fonction d'efficacité qui rend compte du plissement de la flamme non résolue induit par la turbulence de sous-maille. Un nouveau schéma numérique appelé TTGC, du troisième ordre en temps et espace, est développé et implanté dans le code de combustion hybride AVBP du CERFACS. Des tests simples en non réactif et réactif montrent que ce schéma donne de meilleurs résultats en calcul LES réactif que les schémas du deuxième ordre classiques, grâce à des erreurs dispersive et dissipative plus faibles. Ces développements numériques et de modélisation de la combustion sont d'abor validés sur une chambre de combustion de laboratoire. La comparaison calcul/expérience montre que l'approche TFLES permet de retrouver les battements de jets et l'acoustique de la chambre, non représentables dans les calculs RANS équivalents. Enfin, des calculs d'un statoréacteur effectués à différentes pressions montrent que le modèle TFLES permet de retrouver l'extinction de chambre observée expérimentalement à basse pression.
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Dargaud, Jean-Baptiste. "Simulation numérique de l'onde de souffle et du bruit de jet au décollage d'un lanceur." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995841.
Full textAbstract:
À l'allumage d'un lanceur spatial équipé de moteurs à propergol solide (MPS), une onde de souffle (ODS), caractérisée par un pic de grande amplitude et une large dépression, est générée pendant le transitoire de montée en pression. Puis le jet supersonique chaud rayonne un bruit de jet (BDJ) intense riche en composantes hautes fréquences. Cette thèse a été consacrée à la mise au point de méthodologies de simulation de ces phénomènes à l'aide de la plateforme de calcul CEDRE, en se comparant à des mesures expérimentales réalisées sur un petit MPS. Les phénomènes sont reproduits à l'aide de simulations aux grandes échelles (SGE). Les choix numériques (maillages, schémas) sont effectués à partir de cas-tests de validation. La méthodologie retenue pour l'ODS repose sur une approche directe simulant la génération et le transport de l'onde jusqu'aux capteurs expérimentaux. Ce calcul, qui estime aussi le transfert radiatif du jet, permet l'interprétation physique des phénomènes générateurs de l'ODS (effet piston du jet se développant). La prise en compte de la post combustion dans les premiers instants se révèle être un facteur de premier ordre concernant l'amplitude de l'ODS et son interaction avec le jet. Une approche hybride est adoptée pour le BDJ, chaînant une SGE du champ proche à la résolution des équations de Ffowcs Williams & Hawkings (FWH). Le bon accord du champ aérodynamique avec les mesures de la littérature incite à appliquer cette méthode au calcul de l'ODS. Finalement, celle-ci met en évidence le caractère fortement non-linéaire de l'ODS qui ne peut donc être rayonnée par FWH, et une interaction modèrée avec le jet, plus conforme aux observations expérimentales.
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Wernert, Philippe. "Méthodes de visualisation et de PIV appliquées à l'étude du décrochage dynamique profond et comparaison avec des résultats de simulation numérique." Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22110.
Full textAbstract:
Le champ de vitesses autour d'un profil naca 0012 en mouvement de tangage dans des conditions de decrochage dynamique profond a ete mesure, en ecoulement incompressible, a l'aide d'un systeme de piv (particle image velocimetry) photographique. Ces champs de vitesses 2d obtenus ont mis en evidence la structure interne complexe du tourbillon de decrochage dynamique et celle, non moins complexe, de l'ecoulement decolle dans la phase d'incidences decroissantes. La comparaison, a meme incidence, de champs de vitesses pris dans des cycles successifs d'oscillation, a montre le caractere non-reproductible du phenomene. A partir de ces champs de vitesses, une analyse quantitative des champs de vecteur-tourbillon, divergence 2d et taux de deformation a permis de preciser la structure de l'ecoulement. Ces resultats ont mis en evidence la necessite de determiner des champs de vitesses moyen et fluctuant en piv. Quelques idees concernant une telle decomposition champ moyen - champ fluctuant ont ete donnees a partir de resultats obtenus par anemometrie laser doppler (lda) sur un profil oscillant. Enfin, ces champs de vitesses ont ete compares a des images de visualisation par plan laser realisees dans les memes conditions. La comparaison avec des resultats de simulations numeriques issus de la litterature a permis de montrer que les principales phases du phenomene de decrochage dynamique etaient correctement predites, mais que des differences assez nettes entre calculs et mesures apparaissent au niveau des incidences instantanees du profil et de la complexite du processus de decrochage dynamique. Pour ameliorer les resultats numeriques, il semble necessaire de modeliser la geometrie de la soufflerie, d'integrer des modeles de transition laminaire-turbulent (phenomene important d'apres nos mesures de pression parietales en ecoulement stationnaire correspondant) et d'ameliorer le modele de turbulence utilise.