Contribution à la fermeture de turbulence au second ordre PDF Download

Author: Bruno Chaouat
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Category : Navier-Stokes equations
Languages : fr
Pages : 114

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Author: Céline Lo
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Languages : fr
Pages : 165

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Cette étude a pour objectif le développement et la validation d'un modèle de turbulence au second-ordre bas-Reynolds indépendant des paramètres géométriques liés aux parois (normales et distances). Ce modèle a été développé sur la base du modèle proposé par Gerolymos et Vallet en 2001. Cette nouvelle fermeture comprend une nouvelle modélisation de la diffusion de pression, du terme de redistribution et du tenseur de dissipation. En particulier, la partie lente du terme de redistribution et la partie anisotrope du tenseur de dissipation de l'équation de transport des tensions de Reynolds sont découplées, contrairement au modèle de Gerolymos et Vallet. La validation de ce modèle a été réalisée sur plusieurs configurations : écoulement dans un canal plan 1-D quasi-incompressible et compressible, écoulement subsonique sur une plaque plane 2-D, intéraction onde de choc/couche limite turbulente en écoulement 2-D supersonique avec décollement, écoulement subsonique 2-D dans un diffuseur asymétrique plan avec large zone de recirculation, écoulement 3-D dans un canal coudé en S. Les résultats obtenus sont satisfaisants et améliorent ceux du modèle de Gerolymos et Vallet, notamment concernant la prédiction du décollement et du recollement de la couche limite et du coefficient de pression. Une étude détaillée des termes de l'équation de transport des tensions de Reynolds par des calculs a priori a été minutieusement effectuée. Cette analyse a été possible grâce à la base de données de simulation numérique directe d'un écoulement quasi-incompressible dans un canal plan 1-D développée au cours de la thèse de Dorothée Sénéchal en 2009. Celle-ci donne accès à toutes les corrélations triples de vitesse intervenant dans le calcul de la corrélation pression-vitesse de l'équation de transport des tensions de Reynolds ainsi qu'à la décomposition en partie lente et rapide, homogène et inhomogène, proposée par Chou, de toutes les corrélations faisant intervenir la fluctuation de pression. Afin de fournir une représentation commune à tous les modèles pour le terme de redistribution, une base de représentation pôlynomiale incluant les termes inhomogènes a été développée. Nous avons mis en évidence que la prédiction de l'équation de transport du taux de dissipation de l'énergie cinétique turbulente ne pouvait pas influencer la prédiction proche paroi des tensions de Reynolds. Une des conclusions de cette étude est que la modélisation d'une équation de transport pour le tenseur de dissipation doit être envisagée pour prédire correctement le comportement proche paroi de la turbulence. Finalement, des suggestions sont données pour améliorer le modèle

Author: MICHEL.. BOURIOT
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Category :
Languages : fr
Pages : 156

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LA RESOLUTION NUMERIQUE DES EQUATIONS BIDIMENSIONNELLES ET INSTATIONNAIRES DE NAVIER-STOKES, SOUS FORME FONCTION DE COURANT-TOURBILLON EST EFFECTUEE PAR UNE METHODE AUX DIFFERENCES FINIES DU SECOND ORDRE ET POUR DEUX TYPES D'ECOULEMENTS CISAILLES: SILLAGES ET COUCHES DE MELANGE. RESULTATS CONCERNANT UNE VISUALISATION RALENTIE DU COMPORTEMENT DES CHAMPS DE TOURBILLON ET DE VITESSE, L'ETUDE DU DEVELOPPEMENT SPATIOTEMPOREL D'INSTABILITES DANS UNE COUCHE CISAILLEE AINSI QUE LA MISE EN EVIDENCE D'UN EFFET MODERATEUR DE LA TURBULENCE DANS UN MELANGE EN REGIME DE TRANSITION, SOUMMIS A UNE EXCITATION SUR SON MODE PROPRE DE PERTURBATION. SCHEMA DE CALCUL PRECIS POUR LA PRESSION

Author: MARKUS.. UHLMANN
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Languages : fr
Pages : 285

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CE TRAVAIL DE THESE CONTRIBUE AU DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE DE CALCUL DES ECOULEMENTS TURBULENTS A HAUTE VITESSE. L'APPROCHE STATISTIQUE A L'AIDE D'UNE FERMETURE AU SECOND ORDRE POUR LE TENSEUR DE REYNOLDS EST CHOISIE. NOUS ETUDIONS LES MODELES EXISTANTS POUR LES EFFETS DE COMPRESSIBILITE, PAR RAPPORT A LA THEORIE DE REALISABILITE, ET PAR L'EVALUATION DIRECTE EN S'APPUYANT SUR DES DONNEES D'EXPERIENCE ET DE DNS. LA PARTIE HYPERBOLIQUE, NON-CONSERVATIVE DU SYSTEME D'EQUATIONS (EFFETS DE CONVECTION ET DE PRODUCTION) EST ANALYSEE EN TEMPS QUE PROBLEME DE RIEMANN. DEUX NOUVELLES METHODES DE CARACTERISTIQUES POUR LA RESOLUTION DU SYSTEME SONT PROPOSEES ET COMPAREES A UNE TECHNIQUE DE DECOUPLAGE UTILISEE DANS LA LITTERATURE. NOUS MONTRONS QUE LES METHODES COUPLEES PERMETTENT UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DES ONDES CARACTERISTIQUES ASSOCIEES A CE SYSTEME. LE CALCUL AVEC LE SYSTEME COMPLET, DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT HOMOGENE CISAILLE, MONTRE L'INSUFFISANCE DES MODELES ACTUELS A PRENDRE EN COMPTE L'EFFET COMBINE DES PROCESSUS ENERGETIQUES ET STRUCTURELS DE LA COMPRESSIBILITE. UNE MODIFICATION DU MODELE POUR LA CORRELATION PRESSION-DEFORMATION EN FONCTION DU NOMBRE DE MACH DE DISTORSION (CCM) PERMET UNE AMELIORATION DE LA PREDICTION DES COMPOSANTES DIAGONALES DE L'ANISOTROPIE. LES PREDICTIONS DU CHAMP MOYEN POUR DES COUCHES DE MELANGE, JUSQU'A UNE VALEUR DU NOMBRE DE MACH CONVECTIF DE M#C = 0.7, SONT EN ACCORD SATISFAISANT AVEC L'EXPERIENCE MEME DANS LE CAS OU LES CORRECTIONS DE COMPRESSIBILITE NE SONT PAS UTILISEES. LA CORRECTION STRUCTURELLE (CCM) PERMET, ELLE, DE CAPTER DE MANIERE QUALITATIVE L'INFLUENCE DU NOMBRE DE MACH SUR L'ANISOTROPIE DIAGONALE, OBSERVEE DANS L'EXPERIENCE. LES CALCULS D'ECOULEMENTS PARIETAUX A GRANDE VITESSE MONTRENT L'AVANTAGE D'UN MODELE DE TRANSPORT POUR LES TENSIONS TURBULENTES QUAND ON S'INTERESSE A UN CHAMP DE DEFORMATION COMPLEXE. CEPENDANT, LA METHODE DEVELOPPEE ICI, UTILISANT UNE APPROCHE PAR LOIS DE PAROIS, RESTE LIMITEE POUR LA REPRESENTATION DES ZONES DECOLLEES.

Author: VICTOR.. WIZMAN
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Languages : fr
Pages : 236

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LES MODELISATIONS CLASSIQUES AU SECOND ORDRE, POUR LESQUELLES LE DEVIATEUR DU TENSEUR DE REYNOLDS CONSTITUE L'UNIQUE VARIABLE TENSORIELLE DANS LE DEVELOPPEMENT DES FERMETURES SONT MISE EN DEFAUT POUR LE PROBLEME SIMPLE D'UNE TURBULENCE HOMOGENE SANS PRODUCTION TURBULENTE EN ROTATION EN BLOC. LA DESCRIPTION CLASSIQUE DE L'ANISOTROPIE EST INSUFFISANTE, ET L'INFORMATION CLE NECESSAIRE POUR CAPTER LES EFFETS LINEAIRES DE LA ROTATION EST CONTENUE DANS DEUX TENSEURS INTERNES SUPPLEMENTAIRES. UN MODELE DE TURBULENCE SUSCEPTIBLE DE REPRODUIRE CES EFFETS, ET PLUS GENERALEMENT LE COMPORTEMENT DIT DE DISTORSION RAPIDE SE DOIT DE TRANSPORTER L'ENSEMBLE DE CES QUANTITES. LA COMPLEXITE D'UNE TELLE APPROCHE POUR L'INDUSTRIEL A CONDUIT A ETUDIER DES VARIANTES SIMPLIFIEES QUI FONT L'OBJET PRINCIPAL DE CE TRAVAIL DE THESE. EN PARTICULIER, UN MODELE DE STRUCTURE (W.C. REYNOLDS, STANFORD) S'EST APPUYE SUR UN MODELE AMONT CAPABLE DE REPRODUIRE LE COMPORTEMENT DE DISTORSION RAPIDE, OU LE CHAMP TURBULENT GLOBAL EST RECONSTITUE A PARTIR DE TOURBILLONS ELEMENTAIRES COMPOSE DE PARTICULES VEHICULANT UN ENSEMBLE DE PROPRIETES. CETTE APPROCHE A ETE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION D'UN MODELE ORIGINAL POUR LA PARTIE LINEAIRE DES CORRELATIONS PRESSION-DEFORMATION. CE MODELE FAIT INTERVENIR DES NOUVELLE VARIABLES, APPELEES VARIABLES DE STRUCTURE, POUR LESQUELLES DES EQUATIONS DE TRANSPORT ONT ETE FORMULEES. L'APPLICATION DU MODELE A DE MULTIPLES CAS SEVERES DANS LE CADRE DE LA DISTORSION RAPIDE LAISSE DES RESULTATS TRES PROMETTEURS. L'EXTENSION DU MODELE AUX DEFORMATIONS LENTES, VIA L'INTRODUCTION DE TERMES STOCHASTIQUES ALEATOIRES DANS LES EQUATIONS REGISSANT LE MOUVEMENT DES PARTICULES, MONTRE CEPENDANT QUELQUES LACUNES DANS LA PRISE EN COMPTE DES INTERACTIONS ENTRE LES DIFFERENTES ECHELLES DU MOUVEMENT. LE CADRE PLUS GENERAL DE LA TURBULENCE INHOMOGENE REQUIERT D'AUTRE PART UNE ATTENTION PARTICULIERE DANS LE TRAITEMENT NUMERIQUE RESERVE AUX VARIABLES DE STRUCTURE, SURTOUT DANS LE COUPLAGE AVEC L'OPERATEUR ELLIPTIQUE DE RELAXATION POUR L'EXTENSION DU MODELE JUSQU'AUX ZONES DE L'ECOULEMENT DE PROCHE PAROI.

Author: Antoine Craya
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Category : Speed
Languages : fr
Pages : 140

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Author: Laurent Elena
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Languages : fr
Pages : 246

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ON A DEVELOPPE DES MODELISATIONS AVANCEES DE LA TURBULENCE POUR LE CALCUL D'ECOULEMENTS TURBULENTS CONFINES SOUMIS A UN EFFET DE ROTATION RAPIDE. LES APPLICATIONS SONT NOMBREUSES ET CONCERNENT NOTAMMENT LES ECOULEMENTS TURBULENTS DANS LES ESPACES INTERDISQUES DES TURBOMACHINES. UN CODE DE VOLUMES FINIS PERMETTANT DE METTRE EN UVRE LES MODELES AU SECOND ORDRE DANS LE CAS D'ECOULEMENTS EN ROTATION A ETE MIS AU POINT. POUR CELA, ON A DEVELOPPE UNE PROCEDURE BASEE SUR UN MAILLAGE SEMI-DECALE (GRILLES DECALEES POUR LES VITESSES MAIS PAS POUR LES TENSIONS) PERMETTANT DE RESOUDRE EN BLOC LES EQUATIONS AUX TENSIONS DE REYNOLDS FAVORISANT AINSI LA DEMARCHE PROGRESSIVE VERS UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE LA PHYSIQUE: UN MODELE DE TYPE ENERGIE-DISSIPATION, UN MODELAGE ALGEBRIQUE DES TENSIONS DE REYNOLDS, TROIS MODELES D'EQUATIONS DE TRANSPORT DES TENSIONS DE REYNOLDS DONT UNE CONTRIBUTION ORIGINALE PRENANT EN COMPTE CERTAINS EFFETS IMPLICITES DE LA ROTATION QUI AFFECTENT LA TURBULENCE. UN NOMBRE IMPORTANT D'ECOULEMENTS INTERNES SOUMIS A UNE FORTE ROTATION ONT ETE CONSIDERES: CAVITE TOURNANTE SOUMISE A UN FLUX, SYSTEMES ROTOR-STATOR AVEC ET SANS FLUX DE MASSE IMPOSE. LES EXPLOITATIONS ONT PERMIS DE PRECISER LES INFLUENCES DE LA ROTATION ET DU DEBIT IMPOSE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT ET D'IDENTIFIER LES DIFFERENTS REGIMES. LES CONFRONTATIONS ENTRE PREVISIONS NUMERIQUES ET DONNEES EXPERIMENTALES ONT ETE PRIVILEGIEES, METTANT EN EVIDENCE QUE LES MODELES AU SECOND ORDRE CONSTITUENT UN NIVEAU DE FERMETURE ADEQUAT AFIN D'ETUDIER CES ECOULEMENTS. LE MODELE PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE LA ROTATION SUR LA TURBULENCE A PERMIS D'APPORTER D'IMPORTANTES AMELIORATIONS ET OUVRE AINSI DES PERSPECTIVES NOUVELLES POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS TURBULENTS CONFINES EN ROTATION

Author: Nour-Eddine Rharif
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Category :
Languages : fr
Pages : 176

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Dans une première partie, un modèle de fermeture au second ordre de turbulence réalisable dit cubique (Craft et Launder 1991) a été implanté dans un code de calcul basé sur la méthode des volumes finis. L'approche numérique, adoptée par ce code, utilise des maillages structurés non-orthogonaux, une discrétisation sur maillage semi-décalé et un schéma en temps à pas de temps fractionnaires. La simulation par ce modèle d'un jet anisotherme impactant perpendiculairement une paroi a été réalisée. Les résultats obtenus par ce modèle et ceux obtenus par le modèle aux tensions de Reynolds de Gibson et Launder (1978) ont été comparés aux mesures montrant ainsi l'amélioration apportée par le modèle cubique. La deuxième partie a été consacrée à la faisabilité des modèles aux tensions de Reynolds en éléments finis. Le modèle de Gibson et Launder a été mis en oeuvre dans un code industriel basé sur la méthode des éléments finis. L'approche numérique, adoptée par ce code, est basée sur un schéma en temps à pas de temps fractionnaires où l'étape de diffusion et termes sources est traitée par une méthode semi-implicite assurant un couplage entre toutes les variables. Les conditions aux limites sont prises en compte par une méthode de projection. Une application de ce travail a été la simulation d'un écoulement dans un faisceau de tubes en quinconce. L'expérience de Simonin et Barcouda (1988) réalisée au Laboratoire National d'Hydraulique a servi de référence pour nos comparaisons sur cet écoulement, les résultats obtenus par le modèle k-epsilon standard sont comparés à ceux obtenus par le modèle de fermeture au second ordre de Gibson-Launder. Les limites des modèles de fermetures sont mis en évidence. Une simulation de cet écoulement a été réalisée par le modèle cubique en volumes finis et a permis une comparaison des résultats avec ceux obtenus par le modèle de Gibson (préconditionnement), ont permis un gain substantiel en temps calcul.

Author: Song Giang Le
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 184

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Cette thèse présente une étude de la physique et de la modélisation des jets d'impact turbulent. Un code numérique original pour calculer l'écoulement incompressible, instationnaire a été développé. Il est implicite de 2ème ordre de précision en espace et en temps, basé sur la méthode aux volumes finis avec le maillage non-décalé. Les équations de quantité de mouvement sont résolues par la méthode ADI pour le champ de vitesse, pendant que la pression est obtenue en résolvant l'équation de Poisson avec les conditions aux limites de type Neumann par la méthode multigrille. La condition de compatibilité est respectée pour que la solution de l'équation de Poisson existe. Les équations de transfert des grandeurs de la turbulence sont résolues par la même méthode ADI. Toutes les équations sont découplées. Le jet d'impact plan, turbulent avec le nombre de Reynolds Re=6000 et la hauteur H/B=10 de Tsubokura et al. (1997) a été calculé par la méthode Semi-Déterministe avec quatre modèles de turbulence k-epsilon : STD, RNG, LS et LB. Bien que les résultats de calcul soient comparables assez bien avec ceux de l'expérience, cette étude a montré une faiblesse majeure des modèles : ils ne peuvent pas bien décrire les effets de faible nombre de Reynolds turbulent dans un écoulement ayant une configuration complexe. Cette insuffisance a été surmontée en utilisant le nouveau modèle proposé. A la différence de la plupart des modèles, les fonctions d'amortissement du nouveau modèle n'exigent pas la présence de paroi. Avec l'aide du nouveau modèle, la prédiction de la turbulence a été sensiblement améliorée. Les résultats de prédétermination des grandeurs moyennes (temporelles ou d'ensemble) d'un jet d'impact se trouvent aussi améliorés.

Author: PASCAL.. DEBATY
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 300

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L'ETUDE DE LA MODELISATION DES PHENOMENES PHYSIQUES REGISSANT UN ECOULEMENT TURBULENT INCOMPRESSIBLE EST LE PRINCIPAL OBJECTIF DE CE TRAVAIL. LES PERFORMANCES DE DIVERS MODELES DE TURBULENCE EN UN POINT SONT ICI EVALUEES. DANS CE CADRE D'APPROXIMATION, LE TRAITEMENT STATISTIQUE DES EQUATIONS DE NAVIERS-STOKES ENGENDRE DES MOMENTS INCONNUS D'ORDRE DEUX (TENSIONS DE REYNOLDS). DEUX APPROCHES DE CES MOMENTS SONT ENVISAGEES: RELATIONS A DES PROPRIETES LOCALES DE L'ECOULEMENT (MODELE K-), EQUATIONS CONSTITUTIVES (MODELES AU SECOND ORDRE) DONT PLUSIEURS TERMES NECESSITENT MODELISATION. EN CE QUI CONCERNE LES CORRELATIONS ENTRE LA PRESSION ET LES DEFORMATIONS, LE MODELE QUASI ISOTROPE DE LAUNDER, REECE ET RODI, ET LE MODELE D'ISOTROPISATION DE LA PRODUCTION SONT ICI UTILISES. L'APPROCHE NUMERIQUE REPOSE SUR UNE DISCRETISATION EN TEMPS SEMI-IMPLICITE ET SUR UNE DISCRETISATION EN ELEMENTS FINIS DE TYPE P1/P1ISOP2. L'IMPLEMENTATION EST REALISEE EN COORDONNEES CARTESIENNES BIDIMENSIONNELLES ET CYLINDRIQUES. LA GEOMETRIE EST DECOMPOSEE EN ELEMENTS TRIANGULAIRES. EN OUTRE, LES ZONES DE PROCHE PAROI SONT TRAITEES A L'AIDE DE LOIS D'EQUILIBRE, DANS LESQUELLES DES EFFETS DE LA VISCOSITE LAMINAIRE SONT ICI INTEGRES. LES SIMULATIONS DE JETS LIBRES OU EN IMPACT SUR PAROI, D'UNE MARCHE, D'UN ECOULEMENT REPRESENTATIF DE L'ADMISSION DANS UN MOTEUR METTENT EN EVIDENCE LA SUPERIORITE DE LA MODELISATION AU SECOND ORDRE, BIEN QU'ENCORE IMPARFAITE, SUR LE MODELE K-: MEILLEURE DESCRIPTION DES MECANISMES DE PRODUCTION, DE REDISTRIBUTION DE L'ENERGIE ENTRE LES TENSIONS DE REYNOLDS, DES EFFETS D'UNE PAROI SUR LA TURBULENCE CEPENDANT, LA NON UNIVERSALITE ET QUELQUES LACUNES DES MODELES TESTES SONT CONSTATEES. AINSI, CERTAINES FERMETURES PEUVENT ETRE ECARTEES. DES AXES DE RECHERCHE OU D'APPROFONDISSEMENT DE LA MODELISATION DE CERTAINS MECANISMES PHYSIQUES REGISSANT LA TURBULENCE SONT, DE PLUS, DEFINIS