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Dissertations / Theses on the topic 'Simulation URANS'
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Guillaud, Nathanaël. "Simulation et optimisation de forme d'hydroliennes à flux transverse." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI061.
Full textAbstract:
Dans le cadre de la production d'électricité par énergie renouvelable, cette thèse a pour objectif de contribuer à l'amélioration des performances hydrodynamiques des hydroliennes à flux transverse conçues par HydroQuest. Pour y parvenir, deux axes d'étude principaux sont proposés. Le premier consiste à améliorer la compréhension de la performance de l'hydrolienne et de l'écoulement en son sein par voie numérique. L'influence du paramètre d'avance ainsi que celle de la solidité de l'hydrolienne sont étudiées. Les écoulements mis en jeux étant complexes, une méthode de type Simulation des Granges Échelles 3D est utilisée afin de les restituer au mieux. Le phénomène de décrochage dynamique, qui apparaît pour certains régimes de fonctionnement de l'hydrolienne, fait l'objet d'une étude à part entière sur un cas de profil oscillant.Le second axe se concentre sur les carénages de l’hydrolienne qui font l'objet d'une procédure d'optimisation numérique. Afin de pouvoir réaliser les nombreuses simulations requises en un temps réaliste, des méthodes de type Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes 2D moins coûteuses et fournissant une précision suffisante pour ce type d'étude sont utiliséesWithin the renewable electricity production framework, this study aims to contribute to the efficiency improvement of the Vertical Axis Hydrokinetic Turbines designed by HydroQuest. To achieve this objective, two approaches are used. The first consists in the improvement of the comprehension of the turbine efficiency such as the flow through the turbine by numerical means. The influence of the tip speed ratio such as the turbine soldity are investigated. The flow through the turbine is complex. A 3D Large Eddy Simulation type is thus used. The dynamic stall phenomenon which could occur in Vertical Axis Hydrokinetic Turbines is also studied in a oscillating blade configuration.The second approach consists in the numerical optimization of the turbine channeling device. To perform the high number of simulations required, a 2D Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulation type is used
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Takai, Tomohiro. "Simulation based design for high speed sea lift with waterjets by high fidelity urans approach." Thesis, University of Iowa, 2010. https://ir.uiowa.edu/etd/748.
Full text
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Carpy, Sabrina. "Contribution à la modélisation instationnaire de la turbulence : modélisations urans et hybride rans/les." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2342.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne la modélisation instationnaire de la turbulence. La présence de structures à grande échelle dans des écoulements statistiquement stationnaires invalide certaines hypothèses. L’introduction du terme pour les équations URANS ne suffit pas, une nouvelle décomposition et un opérateur associé sont nécessaires. L’applicabilité des méthodes de fermeture usuelles doit alors être vérifiée. Par exemple, la périodicité du jet synthétique entraîne un non-équilibre créant un non-alignement permanent des tensions de déformation et d’anisotropie que le modèle RSM reproduit mais pas le modèle k-ε. La modélisation hybride RANS/LES non-zonale, dérivée d’une proposition initiale de Schiestel, repose donc sur des équations de transport pour les tensions de Reynolds (ij)SGS, et pour la dissipation, où l’opérateur de décomposition joue le rôle d’un filtre dont la fréquence de coupure peut être maîtrisée. La qualité des résultats obtenus sur une couche de mélange temporelle atteste de la capacité de ce modèle à capter les grandes structures de l’écoulementThe aim of this work is to account for the unsteadiness effects on the turbulence in single point closure. The existence of large scale structures in statistically steady flows leads to reconsider some hypothesis. Much more than adding the time derivatives , the URANS equations needs to consider a new decomposition and an assiociated operator. Therefore, the applicability of usual closure methods has to be examined. For exemple, the periodicity of a synthetic jet leads to a non-equilibrium, which induces a permanent misalignment of anisotropy tensor and strain tensors. RSM are able to reproduce this misalignment, whereas k-ε. Model can't. A seamless hybrid RANS/LES method, based on the version of Schiestel's model, relies on transport equations for the subgrid stress (ij)SGS and dissipation. The decomposition operator is then assimilated as a filter with an adapatative cutoff frequency. The predictions obtained on a temporal mixing layer shows the ability of this model to capture the very large structure of the flow
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Schmidt, Stephan [Verfasser]. "Entwicklung einer hybriden LES-URANS-Methode für die Simulation interner und externer turbulenter Strömungen / Stephan Schmidt." Hamburg : Helmut-Schmidt-Universität, Bibliothek, 2016. http://d-nb.info/1120531772/34.
Full text
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Durrani, Faisal. "Using large eddy simulation to model buoyancy-driven natural ventilation." Thesis, Loughborough University, 2013. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/12488.
Full textAbstract:
The use of Large Eddy Simulation (LES) for modelling air flows in buildings is a growing area of Computational Fluid Dynamics (CFD). Compared to traditional CFD techniques, LES provides a more detailed approach to modelling turbulence in air. This offers the potential for more accurate modelling of low energy natural ventilation which is notoriously difficult to model using traditional CFD. Currently, very little is known about the performance of LES for modelling natural ventilation, and its computational intensity makes its practical use on desk top computers prohibitive. The objective of this work was to apply LES to a variety of natural ventilation strategies and to compile guidelines for practitioners on its performance, including the trade-off between accuracy and cost.
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Benyoucef, Farid. "Amélioration de la prévision des écoulements turbulents par une approche URANS avancée." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0014/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de recherche ont pour but d’évaluer la méthode dite de la "Simulation auxEchelles Adaptées" (SAS pour Scale-Adaptive Simulation). Cette approche coïncide avec uneapproche RANS classique dans les zones pariétales attachées et adapte le niveau de viscositéturbulente dans les zones décollées pour y permettre une résolution partielle des structures turbulentes.Dans une première partie, une analyse théorique du modèle SAS original a été menéeet a permis de développer une correction visant à favoriser l’adaptation du niveau de viscositéturbulente dans les zones sièges d’instabilités de type Kelvin-Helmholtz. Le modèle ainsi corrigéest nommé SAS-αL. Les modèles SAS et SAS-αL ont été implantés dans le code de calculNavier-Stokes elsA de l’ONERA. À l’issue de cette étape, trois cas académiques d’écoulementsturbulents instationnaires, cylindre à grand nombre de Reynolds, marche descendante et cavitétranssonique, ont été simulés grâce aux trois modèles de turbulence SST, SAS et SAS-αL. Outreune comparaison aux bases de données expérimentales disponibles, une attention particulièrea été portée à l’influence de paramètres numériques tels que des schémas numériques d’ordreélevé. Enfin, afin d’étudier la viabilité de l’approche SAS dans un contexte industriel, les troismodèles de turbulence ont été testés sur une configuration issue de l’industrie aéronautique etcorrespondant à la sortie d’air chaud d’un système de dégivrage des nacelles d’avion. La comparaisondes prévisions obtenues avec les modèles SST, SAS et SAS-αL aux données expérimentalesobtenues à l’ONERA a permis de montrer un gain de précision grâce à l’emploi de l’approcheSAS et ce pour un coût de calcul compatible avec un cycle de conception industrielleThis research work is meant to assess an upgraded URANS approach, namely the Scale-Adaptive Simulation (SAS). This method is similar to a conventional RANS approach (namelythe SSTmodel) in attached areas and is able to adapt the eddy-viscosity level in detached areas toensure the resolution, at least partially, of the turbulent structures. In a first part of this researchwork, an improvement of the SAS approach is suggestedto allowa better sensitivity of themodelto instabilities such as Kelvin-Helmholtz ones. This "improved" model is referred to as SAS-αLmodel. Both SAS and SAS-αL models were implemented in the ONERA Navier-Stokes solverelsA and both of themaswell as the SSTmodelwere tested on academic test cases : a cylinder in acrossflowat a high Reynolds number, a backward-facing step flowcorresponding to theDriver&Seegmiller experiment and the transonic flow over the M219 cavity experimentally investigatedby de Henshaw. The influence of the numerical parameters was deeply investigated and particularattention was paid to the high-order space-discretization schemes effects. The reliabilityof the SAS approach in an industrial framework was assessed on an aeronautic configurationnamely a nacelle de-icing device. Comparisons between the threemodels (SST, SAS and SAS-αL)and an experimental database available at ONERA - The French Aerospace Lab have shown thebetter accuracy of the SAS approach as well as the high potential of the SAS-αL model
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Decaix, Jean. "Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique : application aux écoulements cavitants instationnaires." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00814309.
Full textAbstract:
La simulation des écoulements cavitants est confrontée à des difficultés de modélisation et de résolution numérique provenant des caractéristiques particulières de ces écoulements : changement de phase, gradient de masse volumique important, variation du nombre de Mach, turbulence diphasique, instationnarités. Dans cette thèse, nous nous sommes appliqués à dériver proprement le modèle de mélange homogène 1-fluide couplé à une modélisation RANS de la turbulence. A partir des termes contenus dans ces équations et de la nature des écoulements cavitants étudiés, plusieurs modèles de turbulence basés sur la notion de viscosité turbulente ont été testés : modèles faiblement non-linéaires (corrections SST et de réalisabilité), ajout des termes de turbulence compressible, application de la correction de Reboud, modèles hybrides RANS/LES (DES, SAS). Ces modèles ont été incorporés dans un code compressible qui fait appel à une résolution implicite en pas de temps dual des équations de conservation avec une technique de pré-conditionnement bas-Mach pour traiter les zones incompressibles. Les simulations 2D et 3D ont porté sur deux géométries de type Venturi caractérisées par la présence d'une poche de cavitation instationnaire due à l'existence d'un jet rentrant liquide/vapeur le long de la paroi. Elles montrent que l'ensemble des modèles sont capables de capturer le jet rentrant. En revanche, la dynamique de la poche varie entre les modèles et le manque de données expérimentales ne permet pas de discriminer les modèles entre eux. Il apparaît à la vue des résultats que les approches avec la correction de Reboud ou les modèles SAS améliorent la simulation des écoulements.
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Charrière, Boris. "Modélisation et simulation d'écoulements turbulents cavitants avec un modèle de transport de taux de vide." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI108/document.
Full textAbstract:
La simulation numérique des écoulements turbulents cavitants revêt de nombreuses difficultés tant dans la modélisation des phénomènes physiques que dans le développement de méthodes numériques robustes. En effet de tels écoulements sont caractérisés par un changement de phase associé à des gradients de la masse volumique, des variations du nombre de Mach causées par une chute de la vitesse du son, des zones de turbulence diphasique et la présence d'instationnarités.Les travaux de la présente thèse s'inscrivent dans la continuité des études expérimentales et numériques menées au sein du Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI),qui visent à améliorer la compréhension et la modélisation d'écoulements cavitants. Les simulations s'appuient sur un code compressible associé à une technique de pré-contionnement bas-Mach qui permet de traiter les zones incompressibles. Les écoulements diphasiques sont reproduits à l'aide d'un modèle de mélange homogène 1-fluide avec discrétisation implicite en pas de temps dual. Enfin la résolution adopte l'approche moyennée RANS qui couple le système des équations de conservation avec des modèles de turbulence du premier ordre basés sur la notion de viscosité turbulente.Dans les zones diphasiques, le calcul des variables thermodynamiques nécessite l'introduction d'équations d'état. La pression au sein du mélange est ainsi reliée aux grandeurs conservatives soit à partir d'une équation d'état de mélange des gaz raides, soit par une relation sinusoïdale incorporant la fraction volumique de vapeur (le taux de vide). La valeur ajoutée de ces travaux de thèse repose sur l'introduction d'une équation de transport pour le calcul du taux de vide. Celle-ci incorpore un terme source dont le transfert de masse entre les phases est fermé grâce à une hypothèse de proportionnalité à la divergence du champ de vitesse. Outre l'amélioration des phénomènes de convection, de dilatation et de collapse, cette équation supplémentaire permet de relaxer l'équilibre thermodynamique local et d'introduire un état métastable pour la phase vapeur.Les simulations 2D et 3D sont réalisées sur des géométries de type Venturi caractérisées par le développement de poches de cavitation partielle instables. L'objectif consiste à reproduire les instationnarités inhérentes à chaque profil telles que la formation d'un jet rentrant liquide à proximité de la paroi ou la production de nuages de vapeur convectés par l'écoulement principal.Les résultats numériques mettent en avant une variation de la fréquence des instationnarités en fonction du calcul de la vitesse du son en zone de mélange. D'autre part, la prise en compte de déséquilibre de la phase vapeur amplifie les phénomènes de propagation d'ondes de pression générées par le collapse des structures cavitantes et participe à la déstabilisation de la poche. Enfin, l'influence de l'équation de transport de taux de vide est analysée en confrontant les résultats des simulations à ceux obtenus ultérieurement à partir d'un modèle à seulement trois équations de conservationThe computation of turbulent cavitating flows involves many difficulties both in modeling the physical phenomena and in the development of robust numerical methods. Indeed such flows are characterized by phase transitions and large density gradients, Mach number variation due to speed of sound decrease, two-phase turbulent areas and unsteadiness.This thesis follows experimental and numerical studies led at the Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels which aim to improve the understanding and modeling of cavitating flows. Simulations are based on a compressible code coupled with a pre-conditionning technique which handles low-Mach number areas. The two-phase flows are reproduced using a one-fluid homogeneous model and temporal discretisation is performed using an implicit dual-time stepping method . The resolution is based on the RANS approach that couples conservation equations with firts-order closure models to compute eddy viscosity.In two-phase flows areas, the computation of thermodynamic quantities requires to close the system with equations of state (EOS). Thus, two formulations are investigated to determine the pressure in the mixture. The stiffened gas EOS is written with conservative quantities while a sinusoidal law deduces the pressure from the volume fraction of vapor (the void fraction). The present study improves the homogeneous equilibrium models by including a transport equation for the void ratio. The mass transfer between phases is assumed to be proportional to the divergence of the velocity. In addition to a better modeling of convection, expansion and collapse phenomenon, this added transport equation allows to relax the local thermodynamic equilibrium and to introduce a mestastable state to the vapor phase.2D and 3D simulations are performed on Venturi type geometries characterized by the development of unstable partial cavitation pockets. The goal is to reproduce unsteadiness linked to each profile such as the formation of a re-entrant jet or the quasi-periodic vapor clouds shedding. Numerical results highlight frequency variations of unsteadiness depending on the speed of sound computation. Moreover, the simulation conducted with a relaxed vapor density increase the pressure wave propagation magnitude generated by the collapse of cavitating structures. It contributes to the destabilization of the pocket. Finally, the role of the void ratio equation is analyzed by comparing the simulation results to those obtained subsequently from a model involving only three conservation equations
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Paillard, Benoît. "Simulation numérique et optimisation d'une hydrolienne à axe transverse avec contrôle actif de l'angle de calage." Brest, 2011. http://www.theses.fr/2011BRES2069.
Full textAbstract:
Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la simulation d’efforts et d’écoulement dynamiques autour d’un profil en mouvement complexe dans un écoulement uniforme : la combinaison d’une rotation autour d’un axe distant et d’un tangage classique autour du quart de corde. Elle vise à mettre en place des méthodes de simulation simples de dimensionnement et de prédiction de performance d’une turbine Darrieus à contrôle actif de pas ; elle vise également à proposer une méthode de calcul permettant la simulation de l’écoulement et l’optimisation de ce type de turbine dont les pales ont leur calage qui varie cycliquement. Elle trouve son application dans l’étude et le développement des énergies marines renouvelables, et plus particulièrement des machine d’extraction d’énergie cinétique de courants de marée ou fluvial à axe transverse. L’objectif est de construire des outils de simulation permettant une étude approfondie des possibilités des systèmes à axe transverse avec variation cyclique active de pas. Pour répondre à cela deux stratégies de modélisation ont été suivies. D’une part l’adaptation du pas variable à une méthode énergétique couplée à différents modèles de prédiction des efforts instationnaires sur un profil; et d’autre part une simulation URANS avec maillage tournant/déformant pour prendre en compte cette variation de pas. La variation d’angle de calage a permis d’obtenir me augmentation de performance maximal de 52%. L’essai des différents modèles fluides disponibles a mis en évidence l’efficacité du modèle turbulent. Le modèle de transition, pourtant prometteur et semblant plus adapté aux cas d’application considérés, s’est révélé peu performant, mais aucune investigation supplémentaire n’a été effectuée. La comparaison avec l’expérience dans le cas turbulent avec modèle de turbulence kw - SST s’est révélée encourageante, notamment pour les rapports de vitesse périphériques opérationnels, autour de ʎ = 5. Pour les ʎ plus faibles les résultats sont en moyenne similaires mais le modèle peine à reproduire les variations aux fréquences naturelles du décrochage, dues aux lâchers tourbillonnaires. La continuité de cette étude réside d’une part dans l’étude d’autres lois de calage, et d’autre part dans l’application à un système concret pour pouvoir aboutir à des systèmes transverses plus efficaceThis work describes the numerical simulation of an acti4e variable pitch Darrieus turbine with two methods, one of which is derived from momentum theory and ONERA-EDLIN unsteady model, and the other is 0Ff). Though almost no Darrieus turbine produced electrical power from wind since early 90s, a renewed interest arose from the development of water turbines because most drawbacks which prevented this system from becoming a major wind turbine system do not exist in water. For this reason many publications tackling various issues in water crossflow turbines were written in the past few years. Dynamic and static stall characteristics of an airfoil have a very strong influence on the turbine performance. Considering how the vortex method could not predict it accurately, and the complexity of a CFD simulation in an optimisation process, the ONERA-EDLIN model is a very interesting compromise. On top of that, it has the ability to model any special kinematics and not just only pitch; it can predict installed dynamic behavior based on a potential formulation; and it can calculate dynamic stall for the moments, which is interesting in the case of variable pitch. An URANS method was then used, using the solver ANSYS-CFX. The spatial and temporal discretization have been studied to be used in future simulations. Blades’ motion was obtained through mesh deformation for pitch modification, and the main rotation was implemented through global rotation of a circular mesh domain, with general grid interface model at its boundaries. The following turbulence models were used laminar, kw - SST. And Langtry Menter transition model. Five experimental cases were used to assess models’ performance. Comparison was best for kw - SST. The two others predicted early stalls, especially the laminar model. Further simulations, for other conditions and pitch function are needed and are currently being carried out. Agreement with experimental data was found to be fairly good, event though discrepancies exist in some specific cases. Agreement level could not be related to a particular operational condition. Variable pitch was implemented for a tip speed ratio of 5, aiming at performance improvement primarily. Sinusoidal functions of different orders were tested. One of them obtained a performance increase of 52%. For this regime optimal pitch variation seems to require a very slight recirculation and an incidence decrease on upwind section, and an incidence increase on downwind section. The flow deceleration through turbine was found to be a primary factor in function performance evaluation. Finally torque required to set blades into motion around their quarter chord was compared with power coefficient. Its influence was found to be close to 0, or even positive
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Dominguez, Bermudez Favio Enrique. "Simulation numérique de parcs d'hydroliennes à axe vertical carénées par une approche de type cylindre actif." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI020.
Full textAbstract:
La récupération, grâce aux hydroliennes, de l’énergie cinétique de courants marins et fluviaux constitue une source d’énergie renouvelable considérable et prédictible. La simulation fine, par une description statistique instationnaire de type URANS, de l’écoulement autour d’une hydrolienne isolée à axe vertical, bi-rotor et munie d’un carénage (hydrolienne de type HARVEST) donne accès à une estimation précise de la puissance produite. Cependant, le coût élevé de cette approche URANS la rend inadaptée à la simulation d’un parc de machines. Une analyse de la littérature conduit à retenir un modèle basse-fidélité de type Blade Element Momentum (BEM) pour décrire à moindre coût l’effet du rotor de la turbine sur l’écoulement, dans le contexte d’une description 2D (coupe horizontale). La performance de l’hydrolienne est alors prédite par un calcul RANS incluant des termes sources distribués dans un anneau rotor virtuel et conservant le maillage des parties fixes (carénage). Ces termes sources sont construits grâce à une procédure originale exploitant les conditions locales de l’écoulement en amont des cellules du rotor virtuel et le débit de l’écoulement traversant l’hydrolienne. Les coefficients hydrodynamiques utilisés pour le calcul des termes sources BEM-RANS sont construits une fois pour toutes en exploitant une série de simulations URANS préliminaires ; ils intègrent les effets du carénage et le fonctionnement de chaque rotor à une vitesse de rotation optimale (maximisant la puissance produite) grâce au système de régulation de l’hydrolienne. Le modèle BEM-RANS développé est validé par comparaison avec des simulations URANS de référence : il fournit une estimation fiable de la puissance produite (erreur de quelques % par rapport à l’approche URANS) pour un coût réduit de plusieurs ordres de grandeur. Ce modèle est appliqué à l'analyse de la puissance produite par une rangée d’hydroliennes HARVEST dans un canal pour différents facteurs de blocage et d’espacement latéral ainsi qu’à une ferme marine composée de trois hydroliennesThe capture, thanks to hydrokinetic turbines, of the kinetic energy generated by sea and river currents provides a significant and predictable source of renewable energy. The detailed simulation, using an unsteady statistical description of URANS type, of the flow around an isolated water turbine of HARVEST type (cross flow vertical axis ducted water turbine) provides an accurate estimate of the power output. However, the cost of the URANS approach is much too expensive to be applied to a farm of several turbines. A review of the literature leads to select a low-fidelity model of Blade Element Momentum (BEM) type to describe at a reduced cost the rotor effect on the flow, in a 2D context (horizontal cross-section). The turbine performance is then predicted using a steady RANS simulation including source terms distributed within a virtual rotor ring and preserving the mesh of the turbine fixed parts (duct). These source terms are derived using an original procedure which exploits both the local flow conditions upstream of the virtual rotor cells and the flow rate through the turbine. The hydrodynamic coefficients used to compute the BEM-RANS source terms are built once for all from a series of preliminary URANS simulations; they include the effects of the duct on the flow and the rotor operating at optimal rotational speed (maximizing the power output) thanks to the turbine regulation system. The BEM-RANS model is validated against reference URANS simulations: it provides a reliable prediction for the power output (within a few % of the URANS results) at a computational cost which is lowered by several orders of magnitude. This model is applied to the analysis of the power produced by a row of Vertical Axis Water Turbines in a channel for various values of the blockage ratio and lateral spacing as well as to a 3-machine sea farm
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Gazanion, Bertrand. "Transition laminaire-turbulent dans un conduit à paroi débitante." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0053/document.
Full textAbstract:
Ce travail s’inscrit dans le cadre de la prévision des oscillations de pression interne des moteurs à propergol solide. Il consiste à étudier la transition laminaire-turbulent de l’écoulement interne,modélisé par celui dans un conduit cylindrique à paroi débitante, et son lien avec l’instabilité naturelle de cet écoulement, le Vortex Shedding Pariétal (VSP). La démarche s’est organisée en trois temps. Des mesures antérieures sur un montage gaz froid, reproduisant l’écoulement modèle,sont analysées afin de mettre en évidence la transition laminaire-turbulent. Cette transition est ensuite imposée dans des simulations URANS afin de permettre l’étude de son influence sur les modes VSP. Enfin, une approche LES est mise en place pour simuler le développement de la transition dans les conditions de l’expérience ; dans ce but, une stratégie de perturbation spatiale de l’écoulement est utilisée. Cette étude met en avant quatre résultats principaux. La transition laminaire-turbulent découle de l’amplification spatiale des modes VSP. La simulation de ce processus met en évidence une forte influence de la perturbation numérique ajoutée à l’écoulement. D’autre part, les simulations URANS montrent que la transition réduit l’amplification des modes VSP et les oscillations de pression interne résultantes. Le rôle de la transition dans l’absence d’oscillations de pression lorsque le domaine a un grand rapport d’aspect, jusqu’alors supposé dans la littérature,est ainsi confirmé. Une particularité importante de cette transition est qu’elle dépend de la position radiale, l’écoulement étant turbulent près de la paroi débitante et laminaire au cœurThe present work is related to the prediction of oscillations in solid rocket motors inner flow. It consists in a study of the laminar-turbulent transition of the motor’s inner flow, which is represented by a cylindrical injection-driven flow, and the relation between this phenomenon and the natural instability named Parietal Vortex Shedding (PVS). Three aspects have been analyzed.First of all, previous cold-gas experiments – reproducing the injection driven flow – are analyzed in order to highlight the transition laminar-turbulent transition. This transition is then imposedin URANS simulations to enable a study of its influence on the PVS modes. Finally, Large Eddy Simulations are performed to simulate the laminar-turbulent process. A strategy based on spatial steady disturbances is used to ease this process. The mains conclusions of this work are the following ones. The laminar-turbulent transition is a consequence of the spatial amplification of PVS modes. Simulations of this process highlight a strong influence of the injected numerical disturbances. The URANS simulations show that this transition reduces the amplification of PVSmodes, and the resulting pressure oscillations levels. These results confirm the role of the transitionin the absence of pressure oscillations when the motor cavity is long. A distinctive feature ofthis transition is its dependence on the radial position, which leads to the coexistence of a laminar region in the channel core and a turbulent region near the injecting wall at a given axial position
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Tabloul, Samir. "Accroissement du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi." Valenciennes, 2006. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/1ede393d-918c-4d45-b28f-8d5f5e156ad0.
Full textAbstract:
Ce mémoire est consacré à l'étude du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi. Une première étude expérimentale (champ dynamique ainsi que coefficient de transfert de chaleur pariétal) a permis de mettre en évidence le caractère périodique de cette écoulement. Par ailleurs, des simulations bidimensionnelles RANS/URANS n'ont pas permis de reproduire le transfert convectif de façon satisfaisante. Dans ce contexte, le but de ce travail a consisté en la réalisation de mesures complémentaires, mais aussi en une meilleure modélisation des phénomènes physiques. Dans un premier temps, une revue bibliographique nous a permis d'identifier une forte similitude entre notre cas (barreau inclinée) et d'autres géométries (cylindre ou barreau rectangulaire). D'autre part, la mesure du champ de température, par thermocouple, a confirmé les hypothèses de la première étude. Dans un second temps, l'emploi des modèles de turbulence statistiques avec un maillage très fin, a permis d'avoir des résultats de transfert de chaleur encourageants, pour le modèle SST k-w, sans, toutefois, améliorer la pécision de la modélisation du champ dynamique. Par ailleurs, une simulation des grandes échelles (LES) a été réalisée. La difficulté de cette approche, dans notre cas (nombre de Reynolds élevé), réside dans le compromis à faire entre le nombre de mailles de calcul et la capture des phénomènes instationnaires. A ce titre, une stratégie de maillage par multiblocs, a permis de bien caractériser le champ dynamique et d'identifier le mécanisme de transfert de chaleur dans cette configurationThis dissertation deals with convective heat transfer in a turbulent boundary layer disturbed by a detached obstacle. A previous study devoted to the experimental measurement (velocity field and wall heat transfer) highlighted the periodic characteristic of this flow dynamics. While, two-dimensional simulations carried on, by RANS/URANS models, resulted in an unsatisfactory thermal field. In this context, the objective of the present study consisted in a complementary experimental investigation and a better modeling of the physical phenomena. First of all, a revised examination of the bibliographical work showed a close similarity between the phenomena encountered in our configuration (inclined rectangular rod) and other geometries (cylindrical or rectangular obstacle). Furthermore, temperature measurement, by a thermocouple, has confirmed the hypotheses of the first study. Secondly, two equation turbulence models was applied on a refined grid. In the case of the SST k-w model, encouraging results of heat transfer are obtained, without, however, improving the flow field. Moreover, a large eddy simulation (LES) has been conducted in this configuration. The main difficulty, in our case (high Reynolds number), is on the compromise between computational cells number and the capture of the unsteady phenomena. At this point, a multiblock strategy has made it possible to obtain a better flow field and to identify the heat transfer mechanism involved in this flow dynamics
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Navarro, García Roberto. "A numerical approach for predicting flow-induced acoustics at near-stall conditions in an automotive turbocharger compressor." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2014. http://hdl.handle.net/10251/44114.
Full textAbstract:
Se realiza un modelo CFD-3D de un compresor centrífugo. Se determina la configuración numérica adecuada para simular puntos de funcionamiento cercanos a bombeo. Se validan los resultados frente a ensayos experimentales realizados en cámara anecoica. Se analizan los resultados, justificando las características del ruido emitido por el compresor a partir de los patrones de flujo encontrados. En particular, se analiza el flujo en la holgura entre los álabes y la carcasa del compresor y en la parte posterior del rodete. Por último, se analiza la influencia de las geometrías aguas arriba del compresor en el ruido producido por éste.Navarro García, R. (2014). A numerical approach for predicting flow-induced acoustics at near-stall conditions in an automotive turbocharger compressor [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/44114
TESIS
Premiado
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Grossi, Fernando. "Physique et modélisation d’interactions instationnaires onde de choc/couche limite autour de profils d’aile transsoniques par simulation numérique." Thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://www.theses.fr/2014INPT0015/document.
Full textAbstract:
L’interaction onde de choc/couche limite en écoulement transsonique autour de profils aérodynamiques est étudiée numériquement utilisant différentes classes de modélisation de la turbulence. Les approches utilisées sont celles de modèles URANS et de méthodes hybrides RANS-LES. L’emploi d’une correction de compressibilité pour les fermetures à une équation est aussi évalué. Premièrement, la séparation intermittente induite par le choc sur un profil supercritique en conditions d’incidence proches de l’angle critique d’apparition du tremblement est analysée. Suite à des simulations URANS, la modélisation statistique la mieux adaptée est étudiée et utilisée dans l’approche DDES (Delayed Detached-Eddy Simulation). L’étude de la topologie de l’écoulement, des pressions pariétales et champs de vitesse statistiques montrent que les principales caractéristiques de l’oscillation auto-entretenue du choc sont capturées par les simulations. De plus, la DDES prédit des fluctuations secondaires de l’écoulement qui n’apparaissent pas en URANS. L’étude de l’interface instationnaire RANS-LES montre que la DDES évite le MSD (modeled stress depletion) pour les phases de l’écoulement attaché ou séparé. Le problème de la ‘zone grise’ et de son influence sur les résultats est considéré. Les conclusions de l’étude sur le profil supercritique est ensuite appliquées à l’étude numérique d’un profil transsonique laminaire. Dans ce contexte, l’effet de la position de la transition de la couche limite sur les caractéristiques de deux régimes d’interaction choc/couche limite sélectionnés est étudié. En conditions de tremblement, les simulations montrent une forte influence du point de transition sur l’amplitude du mouvement du choc et sur l’instationnarité globale de l’écoulementShock wave/boundary layer interactions arising in the transonic flow over airfoils are studied numerically using different levels of turbulence modeling. The simulations employ standard URANS models suitable for aerodynamics and hybrid RANS-LES methods. The use of a compressibility correction for one-equation closures is also considered. First, the intermittent shock-induced separation occurring over a supercritical airfoil at an angle of attack close to the buffet onset boundary is investigated. After a set of URANS computations, a scale-resolving simulation is performed using the best statistical approach in the context of a Delayed Detached-Eddy Simulation (DDES). The analysis of the flow topology and of the statistical wall-pressure distributions and velocity fields show that the main features of the self-sustained shock-wave oscillation are predicted by the simulations. The DDES also captures secondary flow fluctuations which are not predicted by URANS. An examination of the unsteady RANS-LES interface shows that the DDES successfully prevents modeled-stress depletion whether the flow is attached or separated. The gray area issue and its impact on the results are also addressed. The conclusions from the supercritical airfoil simulations are then applied to the numerical study of a laminar transonic profile. Following a preliminary characterization of the airfoil aerodynamics, the effect of the boundary layer transition location on the properties of two selected shock wave/boundary layer interaction regimes is assessed. In transonic buffet conditions, the simulations indicate a strong dependence of the shock-wave motion amplitude and of the global flow unsteadiness on the tripping location
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Ge, Liang. "Numerical Simulation of 3D, Complex, Turbulent Flows with Unsteady Coherent Structures: From Hydraulics to Cardiovascular Fluid Mechanics." Diss., Available online, Georgia Institute of Technology, 2004:, 2004. http://etd.gatech.edu/theses/available/etd-11162004-125756/unrestricted/ge%5Fliang%5F200412%5Fphd.pdf.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Civil and Environmental Engineering, Georgia Institute of Technology, 2005.Yoganathan, Ajit, Committee Member ; Sturm, Terry, Committee Member ; Webster, Donald, Committee Member ; Roberts, Philip, Committee Member ; Sotiropoulos, Fotis, Committee Chair ; Fritz, Hermann, Committee Member. Includes bibliographical references.
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Sakowitz, Alexander. "Computation and Analysis of EGR Mixing in Internal Combustion Engine Manifolds." Doctoral thesis, KTH, Mekanik, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-117911.
Full textAbstract:
This thesis deals with turbulent mixing processes occurring in internal combustion engines, when applying exhaust gas recirculation (EGR). EGR is a very efficient way to reduce emissions of nitrogen oxides (NOx) in internal combustion engines. Exhaust gases are recirculated and mixed with the fresh intake air, reducing the oxygen con- centration of the combustion gas and thus the peak combustion temperatures. This temperature decrease results in a reduction of NOx emissions. When applying EGR, one is often faced with non-uniform distribution of exhaust among and inside the cylinders, deteriorating the emission performance. The mixing of exhaust gases and air is governed by the flow in the engine intake manifold, which is characterized by unsteadiness due to turbulence and engine pulsations. Moreover, the density cannot be assumed to be constant due to the presence of large temperature variations.Different flow cases having these characteristics are computed by compressible Large Eddy Simulations (LES). First, the stationary flows in two T-junction type geometries are investigated. The method is validated by comparison with experimental data and the accuracy of the simulations is confirmed by grid sensitivity studies. The flow structures and the unsteady flow modes are described for a range of mass flow ratios between the main and the branch inlet. A comparison to RANS computations showed qualitatively different flow fields.Thereafter, pulsating inflow conditions are prescribed on the branch inlet in or- der to mimic the large pulsations occurring in the EGR loop. The flow modes are investigated using Dynamical Mode Decomposition (DMD).After having established the simulation tool, the flow in a six-cylinder engine is simulated. The flow is studied by Proper Orthogonal Decomposition (POD) and DMD. The mixing quality is studied in terms of cylinder-to-cylinder non-uniformity and temporal and spatial variances. It was found that cycle-averaging of the concentration may give misleading results. A sensitivity study with respect to changes in the boundary conditions showed that the EGR pulsations, have large influence on the results. This could also be shown by POD of the concentration field showing the significance of the pulses for the maldistribution of exhaust gases.Finally, the flow in an intake manifold of a four-cylinder engine is investigated in terms of EGR distribution. For this geometry, pipe bends upstream of the EGR inlet were found to be responsible for the maldistribution.QC 20130207
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Kaissoun, Salima. "Mécanismes de transfert aéraulique au travers d'ouvertures : application à l'efficacité du confinement dynamique d'enceintes de chantier." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/20935/1/kaissoun.pdf.
Full textAbstract:
Les chantiers de maintenance et d’assainissement dans les centrales nucléaires nécessitent la mise en place d’enceintes ventilées autour des zones contaminées afin de limiter la propagation de la contamination à l’environnement extérieur. L’air rentre dans l’enceinte aux travers d’ouvertures sous la forme d’un écoulement directionnel, orienté de l’extérieur vers l’intérieur, assurant ainsi le confinement dynamique. En raison des opérations qui se déroulent à l’intérieur de l’enceinte et des perturbations externes, il est possible que l’écoulement de confinement dynamique aux ouvertures soit perturbé et subisse des inversions locales et instationnaires, conduisant ainsi à transporter la contamination à l’extérieur de l’enceinte. La présente étude s’intéresse aux petites ouvertures de type fentes minces rectangulaires où l’écoulement au droit de celles-ci est généralement turbulent. Les principaux objectifs de la thèse sont d’une part d’identifier les conditions aérodynamiques susceptibles de produire le phénomène de rétrodiffusion aux ouvertures, d’autre part d’évaluer la capacité des approches de modélisation de la turbulence URANS et LES à reproduire les instabilités liées à ce type d’écoulement. Il a été montré que l’apparition du phénomène de rétrodiffusion est principalement liée à la présence d’une perturbation aéraulique additionnelle, de type jet turbulent ou sillage, en compétition avec l’écoulement initial de confinement dynamique. Des expériences de traçage gazeux ont été mises en place sur une maquette expérimentale dans le but de quantifier la rétrodiffusion en fonction des différentes conditions aérauliques à l’ouverture et des caractéristiques de celle-ci. Des visualisations des écoulements à l’ouverture ont également été réalisées à l’aide d’un dispositif de tomographie laser. Enfin, l’analyse des résultats des simulations CFD a démontré que les approches de type RANS ou URANS ne permettaient pas de reproduire les instabilités de l’écoulement conduisant au phénomène de rétrodiffusion, contrairement aux simulations des grandes échelles de la turbulence (LES) qui reproduisent fidèlement les structures locales et instantanées à l’origine du phénomène.
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Teich, Matthias [Verfasser]. "Beitrag zur numerischen Berechnung rotierender Strukturen im Strömungsfeld hochbelasteter axialer Turboverdichter und Analyse der Entstehungsmechanismen mittels instationären Reynolds-gemittelten Navier-Stokes (URANS) und Detached-Eddy Simulation (DES) Rechnungen / Matthias Teich." Kassel : Kassel University Press, 2019. http://d-nb.info/1206652101/34.
Full text
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Fadai-Ghotbi, Atabak. "Modélisation de la turbulence en situation instationnaire par approches URANS et hybride RANS-LES : prise en compte des effets de paroi par pondération elliptique." Phd thesis, Université de Poitiers, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00163592.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de prendre en compte les instationnarités naturelles à grande échelle dans les écoulements décollés et à un coût plus faible que la LES, tout en s'intéressant à la modélisation des effets de paroi par des modèles statistiques au second ordre. S'inspirant des approches de Durbin, le modèle à pondération elliptique EB-RSM reproduit l'effet non-local de blocage, en résolvant une équation différentielle sur le terme de pression. La limite à deux composantes de la turbulence est bien prédite en canal. Ce modèle est appliqué à la marche descendante, dans une approche URANS. Nous avons montré que les erreurs numériques peuvent être suffisantes pour exciter le mode le plus instable de la couche cisaillée, et aboutir à une solution instationnaire. La solution est stationnaire quand on raffine le maillage, rendant l'URANS peu fiable. Récemment, Schiestel \& Dejoan ont proposé le modèle hybride non-zonal PITM. Le coefficient $C_{\e_2}$ de l'équation de la dissipation devient fonction de la coupure dans le spectre, et la valeur $C_{\e_1}=3/2$ est déduite par ces auteurs. Nous avons donné une formulation plus générale où la valeur de $C_{\e_1}$ est quelconque. Pour offrir un formalisme plus cohérent aux modèles hybrides non-zonaux dans les écoulements de paroi, une approche basée sur un filtrage temporel est proposée. Enfin, l'adaptation du modèle EB-RSM dans un cadre hybride a été réalisée. Les résultats en canal sont encourageants : la transition continue d'un modèle RANS en proche paroi à une LES au centre du canal est mise en évidence. Le transfert d'énergie des échelles modélisées vers celles résolues est bien reproduit quand on raffine le maillage.
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Bennis, Anne-Claire. "Etude de quelques modèles de turbulence pour l'océanographie." Phd thesis, Université Rennes 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343712.
Full textAbstract:
L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-déconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie.
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Szubert, Damien. "Physics and modelling of unsteady turbulent flows around aerodynamic and hydrodynamic structures at high Reynold number by numerical simulation." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/15129/2/szubert_1.pdf.
Full textAbstract:
This thesis aims at analysing the predictive capabilities of statistical URANS and hybrid RANS-LES methods to model complex flows at high Reynolds numbers and carrying out a physical analysis of the near-region turbulence and coherent structures. This study handles configurations included in the European research programmes ATAAC (Advanced Turbulent Simulation for Aerodynamics Application Challenges) and TFAST (Transition Location Effect on Shock Wave Boundary Layer Interaction). First, the detached flow in a configuration of a tandem of cylinders, positionned behind one another, is investigated at Reynolds number 166000. A static case, corresponding to the layout of the support of a landing gear, is initially considered. The fluid-structure interaction is then studied in a dynamic case where the downstream cylinder, situated in the wake of the upstream one, is given one degree of freedom in translation in the crosswise direction. A parametric study of the structural parameters is carried out to identify the various regimes of interaction. Secondly, the physics of the transonic buffet is studied by means of time-frequency analysis and proper orthogonal decomposition (POD), in the Mach number range 0.70–0.75. The interactions between the main shock wave, the alternately detached boundary layer and the vortices developing in the wake are analysed. A stochastic forcing, based on reinjection of synthetic turbulence in the transport equations of kinetic energy and dissipation rate by using POD reconstruction, has been introduced in the so-called organised-eddy simulation (OES) approach. This method introduces an upscale turbulence modelling, acting as an eddy-blocking mechanism able to capture thin shear-layer and turbulent/non-turbulent interfaces around the body. This method highly improves the aerodynamic forces prediction and opens new ensemble-averaged approaches able to model the coherent and random processes at high Reynolds number. Finally, the shock-wave/boundary-layer interaction (SWBLI) is investigated in the case of an oblique shock wave at Mach number 1.7 in order to contribute to the so-called "laminar wing design" studies at European level. The performance of statistical URANS and hybrid RANS-LES models is analysed with comparison, with experimental results, of integral boundary-layer values (displacement and momentum thicknesses) and wall quantities (friction coefficient). The influence of a transitional boundary layer on the SWBLI is featured.
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Keita, Namamoudou Sidiki. "Étude de la dispersion de nanoparticules dans le sillage d’obstacles : cas d’un véhicule automobile." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0205/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, l’étude des interactions entre des particules ultrafines émises par les pots d’échappement et l’écoulement de sillage créé par le véhicule émetteur a été réalisée principalement selon une approche numérique. Une campagne expérimentale a été conduite à des fins de validation. L’objet de la thèse vise à comprendre l’impact des particules issues des pots d’échappement sur l’environnement proche tant du côté piéton que du côté des passagers des véhicules suiveurs. Pour cela, l’écoulement du fluide a été traité avec une approche eulérienne type URANS (Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes) combinée à un suivi lagrangien pour les nanoparticules. En effet, cette thèse est conduite en parallèle d’un projet collaboratif financé par l’ADEME (CAPTIHV) dont le but est d’évaluer la qualité de l’air des habitacles des véhicules automobiles, et en particulier de l’infiltration des particules ultrafines issues du trafic environnant. L’étude de la dispersion des particules fines en écoulements turbulents nécessite une analyse fine des structures turbulentes qui s’y développent. Notre étude numérique a donc consisté, en premier lieu, à analyser cette dispersion dans le cas d’un écoulement de sillage classique à l’aval d’un cylindre. Cela nous a permis de caractériser la dynamique d’interactions de nanoparticules solides de carbone avec les structures tourbillonnaires en considérant l’impact de la turbulence et de la diffusion brownienne. Cela a permis d’évaluer l’influence des principaux mécanismes influençant la dispersion. Les résultats de ces simulations nous ont permis de sélectionner les mécanismes/forces importants pouvant influencer la dispersion de telles particules dans le sillage d’un véhicule automobile ; Cela nous a facilité la mise en place et l’analyse des simulations relativement plus complexes de l’aérodynamique du corps d’Ahmed à culot droit en présence des nanoparticules simulant les suies des gaz d’échappement. Les interactions des particules ultrafines avec les structures tourbillonnaires se créant dans le sillage des véhicules ont été évaluées à partir de profils de concentrations et les coefficients de dispersions transversales. La dernière étape a consisté en une campagne d’essais en soufflerie qui nous a permis de caractériser les champs de vitesses moyens et turbulents ainsi que les champs de concentrations particulaires à l’aval du véhicule pour valider les résultats numériquesIn this thesis, the study of the interactions between ultrafine particles emitted by the exhaust pipes and the wake flow generated by the emitting vehicle was carried out mainly using a numerical approach. An experimental campaign was conducted for validation purpose. The goal of the thesis is to understand the impact of exhaust particles on the surrounding environment on both the pedestrian and the passengers of the following vehicles. For this purpose, the fluid flow was resolved with an Eulerian type URANS model (Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes) combined to the Lagrangian approach for the nanoparticles trajectories calculation. This thesis is conducted simultaneously with a collaborative project funded by ADEME (CAPTIHV) whose purpose is to assess the air quality of automotive car cabins, and particulate infiltration from the surrounding traffic in particular of ultrafine particles. The study of the dispersion of fine particles in turbulent flows requires a fine analysis of the turbulent structures that develop in such flows. Our numerical study therefore consisted, first, in analyzing this dispersion in the case of a classic wake flow downstream of a cylinder. This enabled us to characterize the interaction of solid carbon nanoparticles with vortical structures evaluating at the same time the impact of turbulence and Brownian diffusion. This allowed determining the influence of the main mechanisms influencing nanoparticles dispersion. In a second step, we replaced the cylinder configuration by a simplified geometry of a motor vehicle, Ahmed body configuration. Therefore, simulations with and without of particles presence have been conducted and have allowed to highlight the swirls structures and to characterize the particles dispersion through particle concentration profiles and the particles dispersion coefficients. The results of these simulations allowed us determining the important mechanisms / forces that can influence the dispersion of such particles in the wake of a ground vehicle; this facilitated the implementation and analysis of relatively more complex simulations of the aerodynamics of the square back Ahmed body in the presence of nanoparticles simulating soot from the exhaust gases. The interactions of ultrafine particles with vortical structures appearing in the wake of vehicles were evaluated from concentration profiles and transverse dispersion coefficients. The final step was a wind tunnel experimental campaign that allowed us to characterize the average and turbulent velocity fields as well as the particle concentration fields downstream of the vehicle to validate the numerical results
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Bonneau, Virginie. "Prévision du bruit d'interaction tonal et à large bande d'une soufflante de nouvelle génération en régime subsonique." Thesis, Poitiers, 2015. http://www.theses.fr/2015POIT2272.
Full textAbstract:
La soufflante de la nouvelle génération de moteurs Snecma est caractérisée par des pales de rotor aux bords de fuite épais, ainsi que par un OGV hétérogène intégrant les bras supports.L’objectif de cette thèse est de caractériser l’influence de ces innovations technologiques sur la génération des sources et le rayonnement sonore dans la manche secondaire liés à l’interaction du sillage du rotor avec l’OGV. Ce mécanisme est principalement responsable des émissions tonales et à large bande qui sont traitées indépendamment. D’une part, une simulation URANS de l’étage rotor-stator fournit les sources déterministes sur le stator hétérogène ainsi que le champ sonore dans la manche traversée par les bras supports. L’extension de modèles acoustiques permet d’accéder au spectre de raies obtenu soit en propageant les sources par un modèle fondé sur le principe de l’analogie acoustique, soit directement à partir du champ sonore issu de la CFD. Il est alors montré que l’hétérogénéité du stator induit l’émergence de la raie du fondamental, et que les bras supports engendrent une onde stationnaire dans la manche secondaire.D’autre part, la simulation d’un canal complet du rotor avec une approche ZDES permet d’accéder aux perturbations turbulentes du sillage. Ces dernières alimentent un code acoustique fondé sur la théorie d’Amiet permettant de prévoir le bruit à large bande rayonné en conduit. Bien que plus coûteuse, la ZDES permet de s’affranchir des hypothèses restrictives et du calibrage délicat des modèles de turbulence homogène isotrope en fournissant des données directement exploitables, conduisant ainsi à des estimations plus précises.L’ensemble des simulations numériques et des prévisions acoustiques est validé grâce aux mesures issues d’une campagne d’essais au banc RACEModern turbofans are characterized by rotor blades with large chords, as well as heterogeneous OGV with mechanical struts integrated.The aim of this thesis is to characterize the impact of these technological innovations on sources generation and sound radiation in the bypass duct due to the interaction of the rotor wakes with the OGV. This mechanism is mainly responsible in tonal and broadband noise emissions which are dealt separately.On one hand, a URANS computation of the rotor-stator row provides the periodic sources on the heterogeneous stator as well as the sound field in the bypass duct crossed by the struts. The expansion of sound models allows to access to the tonal spectra obtained either by propagating sources thanks to a model based on the acoustic analogy principle, or by the sound field directly issued from the CFD. Then, it is shown that the stator heterogeneity induces the appearance of the fundamental tone, and that the struts lead to standing waves in the bypass duct.On the other hand, the simulation of a complete rotor channel with a ZDES approach provides the turbulent wakes. These erturbations feed an acoustic code based on the Amiet theory to predict the broadband noise radiated in the bypass duct. Despite the cost, ZDES stays clear of restrictive assumptions and sensitive calibration of isotropic homogeneous turbulence models by providing data directly workable, leading to more accurate predictions. Each of numerical simulations and acoustic predictions is validated thanks to the measurements performed in the RACE test rig
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Turi, Flavia. "Prédiction de l'influence de la cavitation sur les performances d'une turbine Kaplan." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI051.
Full textAbstract:
La présence de structures de vapeur dans la machine peut provoquer des dommages structurels et altérer les performances de la turbine. Ainsi, l’étude de la cavitation dans les machines hydrauliques est d’un très grand intérêt pour les industriels. Parmi les turbines hydrauliques, les turbines Kaplan sont réputées pour leur flexibilité. En effet, l’ouverture des directrices et la position des aubes de la roue peuvent être régulées en continu pendant l’utilisation de la machine, optimisant son rendement sur une large plage de fonctionnement. En contrepartie, Cela implique la présence de jeux entre les parties fixes et mobiles des turbines Kaplanà qui conduit à des structures de cavitation supplémentaires à ce niveau des machines. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est de développer une méthodologie numérique capable de prédire et de caractériser la cavitation dans des turbines Kaplan et son impact sur les performances de la machine. Dans cette thèse, un modèle réduit de turbine Kaplan à 5 pales a été analysé. Les équations RANS/URANS ont été résolues,modélisant l’écoulement cavitant à l’aide d’une approche homogène et d’une loi d’état de type barotrope. Tout d’abord, la méthodologie a été définie pour des conditions de fonctionnement optimales, puis elle a été testée également sur un point de fonctionnement à forte charge. La méthode numérique de prédiction de la cavitation qui a été développée a pu être validée à l’aide de données expérimentales. Les prédictions numériques des performances et de l’évolution des structures de vapeur obtenues en appliquant la nouvelle stratégie de calcul de la cavitation sont en très bon accord quantitatif et qualitatif avec les données expérimentales. Une fois que la méthodologie numérique a été définie, des analyses approfondies de l’évolution des écoulements cavitants dans la machine ont été effectuées. L’approche développée apparaît très fiable, robuste et préciseThe presence of cavitation phenomena in hydraulic machines cause several structural damages and alter the machine performances. Hence, the investigation of the cavitation in hydraulic turbine is of great industrial interest. Amongthe hydraulic turbine, Kaplan turbine are known for their flexibility. The guide vane opening and the runner blade position can be continuously regulated during machine operation maximizing the efficiency for a large range of operating conditions. This implies the presence of shroud and hub gaps that leads to additional cavitation structures in the runner. In this context, the principal aim of this thesis is the development of a numerical methodology able to predict and characterize the cavitation in Kaplan turbine and its impact on the machine performance. The analysis refers to a scale model of a 5-blades Kaplan turbine. RANS/URANS equations have been solved modeling the cavitating flow by using a homogeneous approach and a barotropic state law. The methodology have been defined for optimal operating conditions and, after has been tested also on the full load operating point. Experimental data have been used to validate the developed numerical method of cavitation prediction. The numerical predictions of the performances and the vapor structures obtained by applying the new cavitation calculations strategy are in very good quantitative and qualitative agreement with the available experimental data. Once the numerical methodology has been defined in-deep analyses of the cavitating flow evolution in the machine have been performed. The developed approach appears to be very reliable, robust and precise
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Griton, Léa. "Simulations de l'interaction du vent solaire avec des magnétosphères planétaires : de Mercure à Uranus, le rôle de la rotation planétaire." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEO006/document.
Full textAbstract:
La thèse porte sur le rôle de la rotation planétaire dans la structure globale de l'interaction vent solaire/magnétosphère à partir de simulations magnétohydrodynamiques (MHD). Les magnétosphères planétaires du système solaire présentent une incroyable diversité, et notamment dans leurs configurations respectives de l'inclinaison de leur axe magnétique par rapport à leur axe de rotation. La durée des périodes de rotation par rapport au temps de relaxation de chaque magnétosphère diffère aussi d'une planète à l'autre. On distingue ainsi les rotateurs lents (Mercure et la Terre), pour lesquels le temps de relaxation est plus court que la période de rotation, des rotateurs rapides (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). Dans le cas du rotateur lent Mercure, on s'intéresse à l'influence des paramètres du vent solaire sur la structure globale du champ magnétique et de l'écoulement. En appui à la mission spatiale BepiColombo, nous présentons des simulations effectuées pour deux modèles différents de champ magnétique herméen. Nous détaillons le rôle des fronts d'onde MHD stationnaires, en particulier les fronts stationnaires de mode lent dans la magnétogaine. Saturne présente la particularité d'avoir un axe magnétique parfaitement aligné avec son axe de rotation. C'est donc un cas de rotateur rapide stationnaire, qui nous permet d'étudier la structure globale du champ magnétique et de l'écoulement pour différentes orientations de l'IMF, mais aussi pour différentes vitesses de rotation de la planète. Enfin, le cas d'une configuration quelconque, avec un grand angle entre l'axe magnétique et l'axe de rotation planétaire, est étudié en présence d'un vent solaire magnétisé en s'inspirant de la configuration d'Uranus au solstice et à l'équinoxe. Dans la configuration « solstice », c'est à dire lorsque l'axe de rotation pointe vers le Soleil, on montre qu'une structure de nature alfvénique se développe en hélice dans la queue de la magnétosphère, et que les zones de reconnexion entre le champ magnétique planétaire et l'IMF, qui forment aussi une double hélice, ralentissent la progression de la structure alfvénique. A l'équinoxe, lorsque l'axe de rotation est toujours dans le plan de l’écliptique mais perpendiculaire à la direction Soleil-Uranus, la structure en hélice disparaîtThe topic of the thesis is the part of planetary rotation in the global structure of the solar wind interaction with planetary magnetospheres using MHD simulations. We discuss the distinction between slow and fast rotators from a MHD point of view. In the case of a non-rotating magnetosphere (as is the one of Mercury), the part of standing MHD modes is studied, along with a method to identify them in simulations. A fast-rotating but stationary magnetosphere (inspired by the case of Saturn) is presented in details and provides a good test to validate the new version of the AMRVAC code allowing for any configuration regarding the respective directions of the planetary spin axis, planetary magnetic axis, solar wind inflow direction, and IMF orientation. Finally, a random configuration, with a large angle between the planetary spin and magnetic axis, is analyzed for the first time in presence of a magnetized solar wind, using configurations inspired from the planet Uranus at solstice and equinox
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Junior, Silvio Rodrigues de Faria. "Genotipagem de poliplóides: um modelo de urnas e bolas." Universidade de São Paulo, 2012. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45133/tde-08092013-214551/.
Full textAbstract:
Desde os primórdios da agricultura e pecuária, o homem seleciona indivíduos com características desejáveis para reprodução e aumento da proporção de novos indivíduos com tais qualidades. Com o conhecimento da estrutura de DNA e o advento da engenharia genética, a identificação e caracterização de espécies e indivíduos conta com novas tecnologias para auxiliar no desenvolvimento de novas variedades de plantas e animais para diversos fins. Tais tecnologias envolvem procedimentos bioquímicos e físicos cada vez mais apurados que produzem medidas cada vez mais precisas, um exemplo disso são as técnicas que empregam a espectometria de massa para comparar polimorfismos de base única (SNPs). Nas plantas é comum a ocorrência de poliploidia, que consiste na presença de mais de dois cromossomos num mesmo grupo de homologia. A determinação do nível de ploidia é fundamental para a correta genotipagem e por consequência maior eficiência no estudo e aprimoramento genético de plantas. Neste trabalho caracterizamos o fenômeno da poliploidia com modelos probabilísticos de urnas e bolas, propondo um método eficiente e adequado de simulação, assim como uma técnica simples para inferir níveis de ploidia e classificar amostras bialélicas aproveitando características geométricas do problema. Análises de dados simulados e reais provenientes de um experimento de cana-de-açúcar foram realizadas com diferentes medidas de separação entre agrupamentos e diferentes condições experimentais. Para os dados reais, métodos gráficos descritivos evidenciam a corretude e coerência do método proposto, que pode ser generalizado para a genotipagem de locos multialélicos poliplóides. Encerramos o trabalho comparando nossos resultados com a abordagem SuperMASSA [Serang2012] que trouxe excelentes resultados ao problema. Todo código desenvolvido em linguagem R está disponibilizado com o texto.Since the beginnings of agriculture and livestock, the man selects individuals with desirable characteristics to breed and increase the proportion of new individuals with such qualities. With knowledge of the DNA structure and the advent of genetic engineering, the identification and characterization of individual species can make use of new technologies to help develop new varieties of plants and animals for many purposes. These technologies involve complex biochemical and physical procedures that produce even more accurated measures, like techniques that employ mass spectrometry to compare single nucleotide polymorphisms (SNPs). In plants it is common the occurrence of polyploidy, which is the presence of more than two chromosomes in the same group of homology. The determination of polyploidy level is essential for correct SNPs genotype calling and therefore greater efficiency in the study and genetic improvement of plants. In this work we characterize the phenomenon of poliploidy with probabilistic urns and balls models, proposing an efficient and appropriate method of simulation, as well as a simple technique to infer ploydy levels and classify biallelic samples accurately taking advantage of geometrical characteristics of the problem. Analysis of simulated and real data from an experiment of sugarcane were conducted with different measures of separation between groups and different experimental conditions. For the actual data, descriptive graphical methods show the correctness and consistency of the proposed method, which can be generalized to multi-allelic loci genotyping polyploid. We end our work comparing our results with the SuperMASSA [Serang2012] approach that brought excellent results to the problem. All code developed in language R were provided with the text.
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Kim, Dong-Hwan. "URANS V&V for KCS free running course keeping and maneuvering simulations in calm water and regular head/oblique waves." Diss., University of Iowa, 2019. https://ir.uiowa.edu/etd/6780.
Full textAbstract:
The capability of CFD is assessed by utilizing CFDShip-Iowa V4.5 for the prediction of the 6DOF motion responses, forces, moments and the local flow field of the 2.7m KCS model in various weather/operating conditions. The discretized propeller is preferred and the rudder is designed to be active up to ±35 degrees. Grid triplets are generated with the refinement ratio √2 and verification is achieved for the resistance and propeller open water tests while for the other tests is only partially fulfilled. The verification shows unsmooth convergence, however, the errors from grid triplets are small. The propeller open water test validates the performance of the discretized propeller successfully. The free decay tests could predict reasonable heave/pitch/roll natural frequencies. The resistance test verifies the nominal wake distribution. The self-propulsion test using discretized propeller shows 18% higher propeller inflow and 0.1 thrust deduction factor compared to resistance test. A propeller blade that sweeps the starboard experienced higher thrust inducing non-axisymmetric propeller wake and thus affecting the angle of attack of the rudder. Neutral rudder angle diminishes effective angle of attack and keeps the course straight. Maneuvering simulations could predict qualitatively good agreement for validation variables while the trajectory needs more improvement. Using the discretized propeller for the head/oblique wave course-keeping simulations achieved validation successfully. The RAO of added thrust, torque and propeller rotational speed resembles the RAO of added-resistance except showing larger values during long waves. The mean propeller efficiency is at the minimum when the ship experiences a resonance. The first harmonic amplitude of the propeller efficiency increases followed by the increase of the wavelength.
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Lian, Yuan. "NUMERICAL SIMULATIONS OF ATMOSPHERIC DYNAMICS ON THE GIANT PLANETS." Diss., The University of Arizona, 2009. http://hdl.handle.net/10150/193832.
Full textAbstract:
The giant planets exhibit banded zonal jet streams that have maintained theirstructures over decades. There are long-standing questions: how deep the windstructures extend? What mechanisms generate and maintain the observed winds?Why are the wind structures so stable? To answer these questions, we performedthree-dimensional numerical simulations of the atmospheric flow using the primitiveequations.First, we use a simple Newtonian cooling scheme as a crude approach to gener-ate atmospheric latitudinal temperature differences that could be caused by latentheating or radiation. Our Jupiter-like simulations show that shallow thermal forcingconfined to pressures near the cloud tops can produce deep zonal winds from thetropopause all the way down to the bottom of the simulated atmosphere (a fewhundred bars). These deep winds can attain speeds comparable to the zonal jetspeeds within the shallow, forced layer; they are pumped by Coriolis accelerationacting on a deep meridional circulation driven by the shallow-layer eddies.Next, we explicitly include the transport of water vapor and allow condensationand latent heating to occur whenever the water vapor is supersaturated. Our simu-lations show that large-scale moist convection associated with condensation of watervapor can produce multiple zonal jets similar to those on the gas giants (Jupiterand Saturn) and ice giants (Uranus and Neptune). For plausible water abundances(3-5 times solar on Jupiter/Saturn and 30 times solar on Uranus/Neptune), oursimulations produce about 20 zonal jets for Jupiter and Saturn and 3 zonal jetson Uranus and Neptune. Moreover, these Jupiter/Saturn cases produce equatorialsuperrotation whereas the Uranus/Neptune cases produce equatorial subrotation,consistent with the observed equatorial jet direction on these planets. Sensitiv-ity tests show that the water abundance is the controlling factor; modest waterabundances favor equatorial superrotation, whereas large water abundances favorequatorial subrotation. This provides a possible mechanism for the existence ofequatorial superrotation on Jupiter and Saturn and the lack of superrotation onUranus and Neptune.
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Ishizawa, Yuya. "Uranian satellite formation from a circumplanetary disk generated by a giant impact." Doctoral thesis, Kyoto University, 2021. http://hdl.handle.net/2433/263468.
Full text
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Carvalho, Rodrigo Pinto de. "Proposta de modelagem da gestão da produção baseada no processo de preparação de urnas eletrônicas no TRE-AM." Universidade Federal do Amazonas, 2010. http://tede.ufam.edu.br/handle/tede/3494.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2015-04-22T22:10:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2010-01-28The possibility of simulating in the computer a productive process makes it easier for managers to make decisions and also represents a substantial profit in allocations of resources for any company. Based on that, this project has as main goal develop a simulate model, based on operational research, that represents a generic production system. The preparation of electronic voting machines from The Regional Elections Court of Amazonas, TRE-AM, bureau responsible for planning and executing of elections in the state of Amazonas, Brazil, was used as emplacement of this model. Similarities between the election preparations and any productive process were observed by following the preparation of the electronic voting machines from 1996 to 2006 and specific tests were run in 2007. Information collected in these events based the necessity of building a simulation model contextualized for the construction of the information system. The simulation tool will have a very easy interface and it will provide validated results in real environments, allowing elaboration of production plans an statistic treatment to every need of the user. The outputs, as reports, graphics and database formats will offer abutment for decision making and will allow a wide and current systematic view of the corporations business strategy.
A possibilidade de simular computacionalmente um processo produtivo facilita a tomada de decisão por parte do gestor e representa um ganho substancial em alocação de recursos para qualquer empresa. Baseado neste princípio, este trabalho teve como objetivo propor um modelo de simulação que represente um sistema de produção genérico. Foi utilizado como base para construção desse modelo, o processo de preparação de urnas eletrônicas no TRE-AM, Tribunal Regional Eleitoral do Amazonas, órgão responsável pelo planejamento e execução das eleições no Estado. Similaridades entre a preparação eleitoral e um processo produtivo qualquer foram observadas por meio do acompanhamento das preparações das urnas entre os anos de 1996 e 2006 e de experimentos específicos realizados em 2007. Os dados coletados nestes eventos basearam a necessidade da construção de um modelo de simulação contextualizado para a construção do sistema de informações. Esse modelo servirá de base para futuro desenvolvimento de ferramenta computadorizada com interface facilitada e possibilidade de obter resultados validados em ambientes reais, permitindo elaboração de planos de produção e tratamento estatístico adequado às necessidades do usuário. As saídas do simulador, em formato de relatórios, gráficos e bases de dados, oferecerão respaldo para a tomada de decisão e permitirão uma visão sistemática ampla e atualizada da estratégia de negócio da corporação.
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Yamouni, Sami. "Contrôle en boucle ouverte des instationnarités de cavité en régime transsonique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013EPXX0008.
Full text
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Vairet, Thibaut. "Ilot de chaleur, croissance urbaine et climat urbain : simulations sur Dijon Métropole." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCH021.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, le milieu urbain est considéré comme un système complexe, situé au carrefour de deux dimensions aux temporalités différentes et multiples : le climat et la société. Le climat urbain est le fruit de la rencontre entre une des expressions les plus abouties de notre société, la ville, et le climat. Le climat urbain est une modification du climat, provoquée par la présence d’une ville qui peut se résumer par la notion d’Îlot de Chaleur Urbain (ICU). Dans un contexte global de changement climatique combinant adaptation, atténuation et croissance urbaine, l’ICU tend à s’amplifier. Ses impacts sanitaires sur les populations deviennent préoccupants. Ce travail se situe dans une optique d’amélioration des connaissances de l’impact de la forme urbaine et de la croissance urbaine sur l’intensité de l’ICU à travers la mise en place d’une méthode permettant d’intégrer le climat urbain dans les processus décisionnels. Pour ce faire, une approche “modèle-dépendante” est adoptée. Cinq scénarios de croissance urbaine reposent sur un nombre de logements identiques mais correspondent à des Local Climate Zones différentes (Logements individuels groupés - LCZ 9, Logements individuels en bandes - LCZ 6, Collectifs peu denses - LCZ 3, Collectifs - LCZ 2, Collectifs denses - LCZ 4). Ceux-ci sont élaborés, à l’horizon 2050, en fonction des données d’entrées des modèles de croissance (MUP-City) et de climat urbain (Meso-NH/TEB). Afin d’évaluer la capacité de Meso-NH/TEB à reproduire les températures sur Dijon Métropole, une simulation de contrôle, portant sur la ville actuelle, est préalablement confrontée aux données du réseau MUSTARDijon pour la période caniculaire du 22 au 26 Juillet 2018. La comparaison des résultats avec le réseau in situ MUSTARDijon montre que les températures simulées sont spatialement et temporellement cohérentes avec les observations. Le cycle diurne est correctement modélisé ainsi que les milieux urbains et ruraux. Un biais important est présent les nuits en milieu rural où les températures restent élevées, limitant l’intensité de l’ICU simulé. Les températures simulées des cinq scénarios sont, temporellement cohérentes, les maximums et minimums de températures coïncident avec la simulation de contrôle. Comparées à la simulation de contrôle, pour les journées (12h à 18h), les zones scénarisées avec les LCZs 3 et 2 présentent des températures plus chaudes que les zones scénarisées avec les LCZs 9 et 6. Les scénarios pour lesquels le pourcentage de bâti est le plus faible présentent des augmentations de températures les moins importantes. Enfin, il semblerait que construire, quelle que soit la forme urbaine, en périphérie des zones bâties déjà existantes, impacte peu la température de celles-ciThe urban environment is at the crossroads of two complex systems with different temporalities : climate and society. The urban climate is a modification of the climate caused by the presence of a city. The most successful expression of this climate change by the presence of the city is the phenomenon of Urban Heat Island (UHI). In a global context of adaptation and mitigation to climate change and urban development, this phenomenon of ICU tends to increase, and its health impacts on populations to become more prominent. This work is aimed at improving the knowledge of the impact of urban form and urban development on the intensity of the UCI through the implementation of a decision support tool allowing to integrate urban climate into decision-making processes. To do this, a “ model-dependent ” approach has been adopted. Five urban growth scenarios are based on the same number of housing but correspond to different Local Climate Zones (Grouped individual housing - LCZ 9, Individual group housing - LCZ 6, Low density collective - LCZ 3, Collective - LCZ 2, Dense collective - LCZ 4). These are developed by 2050, based on input data from growth models (MUP-City) and urban climate (Meso-NH / TEB). In order to assess the ability of Meso-NH / TEB to reproduce temperatures in Dijon Métropole, a control simulation, relating to the current city, is previously compared with data from the MUSTARDijon network for the heat wave period from 22 to 26 July 2018. A comparison of the results with the MUSTARDijon textit in situ network shows that the simulated temperatures are spatially and temporally consistent with the observations. The diurnal cycle is correctly modeled as well as urban and rural environments. A significant bias is present at nights in rural areas where temperatures remain high, limiting the intensity of the simulated UI. Compared to the control simulation, for the days (12LT to 18LT), the scenario with LCZs 3 and 2 present warmer temperatures than the scenario with LCZs 9 and 6. The scenarios for which the building percentage is the smallest has the smallest temperature increases. Finally, it would seem thatbuilding, whatever the urban form, on the outskirts of already defined built-up areas, has little impact on their temperature
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Uran, Matthias [Verfasser], Axel [Gutachter] Klawonn, Oliver [Gutachter] Rheinbach, and Jörg [Gutachter] Schröder. "High-Performance Computing Two-Scale Finite Element Simulations of a Contact Problem Using Computational Homogenization - Virtual Forming Limit Curves for Dual-Phase Steel / Matthias Uran ; Gutachter: Axel Klawonn, Oliver Rheinbach, Jörg Schröder." Köln : Universitäts- und Stadtbibliothek Köln, 2020. http://d-nb.info/1215837089/34.
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Skwarcan-Bidakowski, Alexander. "Nuclear reactor core model for the advancednuclear fuel cycle simulator FANCSEE. Advanceduse of Monte Carlo methods in nuclear reactorcalculations." Thesis, Institutionen för Reaktorfysik, 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-324260.
Full textAbstract:
A detailed reactor core modeling of the LOVIISA-2 PWR and FORSMARK-3BWR was performed in the Serpent 2 Continuous Energy Monte-Carlocode.Both models of the reactors were completed but the approximations ofthe atomic densities of nuclides present in the core differedsignificantly.In the LOVIISA-2 PWR, the predicted atomic density for the nuclidesapproximated by Chebyshev Rational Approximation method (CRAM)coincided with the corrected atomic density simulated by the Serpent2 program. In the case of FORSMARK-3 BWR, the atomic density fromCRAM poorly approximated the data returned by the simulation inSerpent 2. Due to boiling of the moderator in the core of FORSMARK-3,the model seemed to encounter problems of fission density, whichyielded unusable results.The results based on the models of the reactor cores are significantto the FANCSEE Nuclear fuel cycle simulator, which will be used as adataset for the nuclear fuel cycle burnup in the reactors.FANCSEE
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Ye, Isaac Keeheon. "Investigation of the scalar variance and scalar dissipation rate in URANS and LES." Thesis, 2011. http://hdl.handle.net/10012/5801.
Full textAbstract:
Large-eddy simulation (LES) and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) calculations have been performed to investigate the effects of different mathematical models for scalar variance and its dissipation rate as applied to both a non-reacting bluff-body turbulent flow and an extension to a reacting case. In the conserved scalar formalism, the mean value of a thermo-chemical variable is obtained through the PDF-weighted integration of the local description over the conserved scalar, the mixture fraction. The scalar variance, one of the key parameters for the determination of a presumed β-function PDF, is obtained by solving its own transport equation with the unclosed scalar dissipation rate modelled using either an algebraic expression or a transport equation. The proposed approach is first applied to URANS and then extended to LES. Velocity, length and time scales associated with the URANS modelling are determined using the standard two-equation k-ε transport model. In contrast, all three scales required by the LES modelling are based on the Smagorinsky subgrid scale (SGS) algebraic model. The present study proposes a new algebraic and a new transport LES model for the scalar dissipation rate required by the transport equation for scalar variance, with a time scale consistent with the Smagorinsky SGS model.
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Sundaram, Iyer Arvind. "Understanding High Speed Mixing Layers with LES and Evolution of Urans Modeling." Thesis, 2014. http://hdl.handle.net/2005/2763.
Full textAbstract:
This thesis is concerned with studies on spatially developing high speed mixing layers with twin objectives: (a) to provide enhanced and detailed understanding of spatial development of two-dimensional mixing layer emanating from splitter plate through large eddy simulation (LES, from now on) technique and (b) to evolve a consistent strategy for Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) approach to mixing layer calculations.
The inspiration for this work arose out of the explanations that were being developed for the reduction in the mixing layer thickness with compressibility (measured by a parameter called convective Mach number, Mc). The reasons centered around increased stability, increase in compressible dissipation that was later discounted in favor of reduction in production and pressure-strain terms (with Mc, of course). These were obtained with direct numerical simulations (DNS) or LES techniques with homogeneous shear flow or temporal mixing layer. As apart, there was also a wide held view that using RANS (steady) techniques did not capture the compressibility effects when used in a way described above and so classical industrial codes for computing mixing- layer-embedded flows are unsuitable for such applications. Other important aspects that come out of the examination of literature are: the mixing layer growth is controlled in the initial stages by the double- boundary layer profile over the splitter plate and results in the mixing layer growth that is somewhat irregular due to doubling and merging of vertical structures. The view point of a smooth growth of the mixing layer is a theo- retical approximation arising out of the use of a smooth tan-hyperbolic profile that results at larger distances from the splitter plate. For all practical applications, it is inferred that the initial development is what is important because the processes of ignition and stable combustion occur close to the splitter plate. For these reasons, it was thought that understanding the development of the mixing layer is best dealt with using accurate spatial simulation with the appropriate initial profile.
The LES technique used here is drawn from an OpenFOAM approach for dissimilar gases and uses one-equation Eddy Model for SGS stresses. The temporal discretization is second order accurate backward Euler and spatial discretization is fourth order least squares; the algorithm used for solving the equations is PISO and the parallelized code uses domain decomposition approach to cover large spatial domain.
The calculations are performed with boundary layer profiles over the splitter plate and an initial velocity field with white noise-like fluctuations to simulate the turbulence as in the experiments. Grid independence studies are performed and several experimental cases are considered for comparison with measured data on the velocity and temperature fields as well as turbulent statistics. These comparisons are excellent for the mean field behavior and moderately acceptable for turbulent kinetic energy and shear stress.
To further benefit from the LES approach, the details of the mixing layer are calculated as a function of four independent parameters on which the growth depends: convective Mach number (Mc = (U1 -U2)/ (a1 +a2)), stream speed ratio (r = U2=U1), stream density ratio (s = p2/p1) and the average velocity of the two streams ((U1+U2)=2) and examine the various terms in the equations to enable answering the questions discussed earlier. It is uncovered that r has significant influence on the attainment of self similarity (which also implies on the rate of removal of velocity defect in the double-boundary layer profile) and other parameters have a very weak influence. The minimum velocity variation with distance from the splitter plate has the 1/paxial distance behavior like in wakes; however, after a distance, departure to linear rise occurs and the distance it takes for this to appear is delayed with Mc. Other features such as the coherent structures, their merger or break up, the area of the structures, convective velocity information extraction from the coherent structures, the behavior of the pressure field in the mixing layer through the field are elucidated in detail; the behavior of the correlations between parameters (like pressure, velocity etc) at different points is used to elucidate the coherence of their fluctuating field. The effects of the parameters on the energy spectra have expected trends.
An examination of the kinetic energy budget terms reveals that
• the production term is the main source of the xx turbulence stress, whereas it is not significant in the yy component.
• A substantial portion of this is carried by the pressure-velocity coupling from the xx direction to the yy direction, which becomes the main source term in the yy component.
• Both, the production term as well as the pressure-velocity term show a clear decrease with increase in Mc.
The high point of the thesis is related to using the understanding derived from an analysis of various source terms in the kinetic energy balance to evolve an unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) model for calculating high speed mixing layers, a subject that has eluded international research till now. It recognizes that the key feature affected by ompressibility is related to the anisotropy of the stress tensor. The relationship between stress component (_Txy) and the velocity gradient (Sxy) as obtained from LES is set out in the form of a simple relationship accounting for the effects of other parameters obtained earlier in this thesis. A minor influence due to _Tyy is extracted by describing its dependence on Sxy again as gleaned from LES studies. The needed variation of Prandtl and Schmidt numbers through the field is extracted. While the detailed variations can in fact be taken into account in URANS simulations, a simple assumption of these values being around 0.3 is chosen for the present simulations of URANS. Introduction of these features into the momentum equation gives the much expected variation of the reduction in the growth rate of the mixing layer with convective Mach number as in experiments. The relationships that can be used in high speed mixing layers are
Introduction of these features into the momentum equation gives the much expected variation of the reduction in the growth rate of the mixing layer with convective Mach number as in experiments. This is then a suggested new approach to solve high speed mixing layers. While it can be thought that the principal contributions of the thesis are complete here, an additional segment is presented related to entropy view of the mixing layer.
This study that considers the mixing layer with two different species expresses various terms involved in the entropy conservation equation and obtains the contribution of various terms on the entropy change for various Mc. It is first verified that the entropy derived from the conservation equation matches with those calculated from fluid properties, entropy being a state variable. It is shown that irreversible diffusion comes down the most with convective Mach number.
Left: This image shows pictorially the flow of source of turbulent stress from the
axial to the cross wise turbulent stress. Production (Σ) of turbulence happens mainly
in the xx direction, a part of it is carried by the pressure-velocity correlation to
the yy direction, which itself has a low production. With increasing Mc, both the
production as well as the pressure-velocity correlation decrease.
Right: This image shows the growth rate obtained from simulations scaled with the
incompressible growth rate, of LES and RANS in the background of experiments
(others). As is clear, the growth rate obtained is well within the band of experimental results.
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Krishna, S. "Laser-based Diagnostics and Numerical Simulations of Syngas Combustion in a Trapped Vortex Combustor." Thesis, 2015. http://hdl.handle.net/2005/2768.
Full textAbstract:
Syngas consisting mainly of a mixture of carbon monoxide, hydrogen and other diluents, is an important fuel for power generation applications since it can be obtained from both biomass and coal gasification. Clean coal technologies require stable and efficient operation of syngas-fired gas turbines. The trapped vortex combustor (TVC) is a relatively new gas turbine combustor concept which shows tremendous potential in achieving stable combustion under wide operating conditions with low emissions. In the present work, combustion of low calorific value syngas in a TVC has been studied using in-situ laser diagnostic techniques and numerical modeling. Specifically, this work reports in-situ measurements of mixture fraction, OH radical concentration and velocity in a single cavity TVC, using state-of-the art laser diagnostic techniques such as Planar Laser-induced Fluorescence (PLIF) and Particle Image Velocimetry (PIV). Numerical simulations using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) and Large Eddy Simulation (LES) approaches have also been carried out to complement the experimental measurements. The fuel-air momentum flux ratio (MFR), where the air momentum corresponds to that entering the cavity through a specially-incorporated flow guide vane, is used to characterize the mixing. Acetone PLIF experiments show that at high MFRs, the fuel-air mixing in the cavity is very minimal and is enhanced as the MFR reduces, due to a favourable vortex formation in the cavity, which is corroborated by PIV measurements. Reacting flow PIV measurements which differ substantially from the non-reacting cases primarily because of the gas expansion due to heat release show that the vortex is displaced from the centre of the cavity towards the guide vane. The MFR was hence identified as the controlling parameter for mixing in the cavity. Quantitative OH concentration contours showed that at higher MFRs 4.5, the fuel jet and the air jet stream are separated and a flame front is formed at the interface. As the MFR is lowered to 0.3, the fuel air mixing increases and a flame front is formed at the bottom and downstream edge of the cavity where a stratified charge is present. A flame stabilization mechanism has been proposed which accounts for the wide MFRs and premixing in the mainstream as well. LES simulations using a flamelet-based combustion model were conducted to predict mean OH radical concentration and velocity along with URANS simulations using a modified Eddy dissipation concept model. The LES predictions were observed to agree closely with experimental data, and were clearly superior to the URANS predictions as expected. Performance characteristics in the form of exhaust temperature pattern factor and pollutant emissions were also measured. The NOx emissions were found to be less than 2 ppm, CO emissions below 0.2% and HC emissions below 700 ppm across various conditions. Overall, the in-situ experimental data coupled with insight from simulations and the exhaust measurements have confirmed the advantages of using the TVC as a gas turbine combustor and provided guidelines for stable and efficient operation of the combustor with syngas fuel.