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POUR ETUDIER LE COMPORTEMENT DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT, ON SE PROPOSE DANS UNE PREMIERE APPROCHE DE MODELISER DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS VERTICAUX EN METTANT EN OEUVRE UN PROGRAMME DE RESOLUTION DES EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES QUI UTILISE UNE FORMULATION A.L.E. (ARBITRARY LAGRANGIAN EULERIAN), TECHNIQUE PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTEE AUX PROBLEMES A SURFACE LIBRE. UNE ETUDE NUMERIQUE INTRINSEQUE DE CONVERGENCE PORTANT SUR LE CODE A PERMIS D'UNE PART DE FIXER LES PARAMETRES DE DISCRETISATION ET, D'AUTRE PART, DE CHOISIR LA TECHNIQUE D'INTERPOLATION POUR LA DEFINITION DE LA SURFACE LIBRE, LE SCHEMA CONVECTIF ET LE SCHEMA D'EVOLUTION DE LA SURFACE LIBRE AU VOISINAGE D'UNE PAROI. L'ETUDE DE LA PROPAGATION D'UNE ONDE SOLITAIRE A SERVI DE CAS TEST. LES COMPARAISONS DES RESULTATS OBTENUS AVEC CEUX D'ORIGINE EXPERIMENTALE ET ANALYTIQUE D'AUTRES AUTEURS SONT SATISFAISANTES. A PARTIR DE LA NOUS AVONS TRAITE TROIS ASPECTS D'UN PROBLEME IMPORTANT POUR LA DYNAMIQUE SEDIMENTAIRE: LA DETERMINATION DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT. NOUS AVONS REPRODUIT LA CONFIGURATION EXPERIMENTALE DU CANAL A HOULE DU LABORATOIRE DE MECANIQUE DES FLUIDES ET GENIE CIVIL DU HAVRE QUI TRAVAILLE AVEC LE MEME OBJECTIF. POUR UN ECOULEMENT DE HOULE SEULE, LES RESULTATS OBTENUS PAR LA MODELISATION NUMERIQUE SONT SATISFAISANTS, COMPARES AUX RESULTATS ANALYTIQUES DISPONIBLES. POUR UN ECOULEMENT DE COURANT SEUL, LES RESULTATS SONT EGALEMENT EN BON ACCORD AVEC LES RELATIONS FOURNIES PAR LA BIBLIOGRAPHIE EXISTANTE, CETTE ETUDE A NOTAMMENT PERMIS DE PRECISER LES VALEURS DU COEFFICIENT DE CHEZY. ENFIN, LES PREMIERES SIMULATIONS D'ECOULEMENTS COMBINES DE HOULE ET DE COURANT ONT ETE FAITES. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX APPARAIT SATISFAISANTE POUR UN ECOULEMENT DE HOULE DOMINANT
Author: Franc Vigié Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
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Ce travail a pour objet l'étude d'un écoulement à surface libre en présence d'un obstacle unique bidimensionnel placé sur le fond d'un canal. L'objectif est de déterminer quel est le rôle de l'obstacle et son influence sur la dynamique de l'écoulement. Deux obstacles, un demi-cylindre et un obstacle de forme gaussienne sont utilisés. Pour ces deux types d'obstacles, des mesures expérimentales de hauteurs d'eau au centre du canal permettent d'obtenir différents profils de surface libre. Ceux-ci sont classés en régimes d'ondes de surface en fonction des paramètres de l'écoulement: le nombre de Froude et le facteur de blocage, qui rapporte la hauteur de l'obstacle à la hauteur d'eau mesurée sans obstacle. L'hydrodynamique au voisinage de l'obstacle est caractérisée à l'aide de mesures de champs de vitesses bidimensionnels. Une analyse de la topologie du champ de vitesse moyen et de la structure turbulente de l'écoulement est conduite et certains mécanismes physiques, contrôlant la forme de la surface libre et la structure locale de l'écoulement, sont mis en évidence.
Author: Anne-Laure Le Fessant Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
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Dans cette étude, nous nous proposons de caractériser les phénomènes d'instabilités apparaissant à la surface libre d'écoulements dans des canaux à forte pente et sur des fonds à géométrie périodique. Trois types d'approche sont développés : expérimentale, numérique et théorique. Nous établissons d'abord les équations de Barré Saint-Venant constituant la base de notre étude, puis effectuons une revue bibliographique des phénomènes d'instabilité déjà observés. L'étude expérimentale est basée sur des mesures de hauteurs d'eau effectués dans un canal artificiel permettant l'observation visuelle des écoulements. Sur fond lisse, il apparaît des ondulations de la surface libre, périodiques et stables, déjà connues sous le nom de roll waves. Pour des applications industrielles, des rugosités artificielles, représentées par diverses barrettes, ont été placées à intervalles réguliers au fond du canal. Nous étudions ensuite l'influence sur la configuration de l'écoulement des paramètres suivants : espacement inter-rugosité, pente et débit. Différents types d'instabilité (paquets d'eau, trains d'onde et sinusoïdes) ont ainsi pu être identifiés à l'aide par exemple de transformées en ondelettes. Le développement des différentes ondes apparaît comme lié à la présence et à la nature des obstacles. Une étude numérique est présentée avec notamment, la description et la validation du modèle numérique, et la justification du choix de la méthode de résolution. La réflexion théorique pose le problème de la caractérisation de la stabilité d'un écoulement à surface libre monodimensionnel sur un fond incliné à géométrie périodique. Nous présentons enfin les résultats de l'application du code de calcul à des écoulements sur fond incliné avec obstacles. Ceci permet de retrouver et valider les résultats théoriques, puis d'examiner dans quelle mesure le modèle est capable de rendre compte des phénomènes d'instabilités apparaissant expérimentalement sur ce type de fonds.
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UNE METHODE NUMERIQUE DESTINEE A SIMULER LES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS ET INSTATIONNAIRES EN FLUIDE VISQUEUX, EN REGIME LAMINAIRE ET EN PRESENCE D'UNE SURFACE LIBRE EST DEVELOPPEE DANS CE MEMOIRE. UNE PREMIERE ETAPE A CONSISTE A SIMULER DES ECOULEMENTS SANS SURFACE LIBRE AFIN DE VALIDER LA METHODE DEVELOPPEE, LA SUITE LOGIQUE ETANT ALORS D'ETUDIER LE COMPORTEMENT DE L'INTERFACE ENTRE DEUX FLUIDES NON MISCIBLES. LA METHODE S'APPUIE SUR UN MAILLAGE DESTRUCTURE DES DOMAINES FLUIDES ETUDIES, AINSI QUE SUR LA DISCRETISATION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES PAR DES METHODES DE VOLUMES FINIS, LES VARIABLES DE VITESSE, PRESSION ET DE FRACTION VOLUMIQUE ETANT SITUEES AU CENTRE DES ELEMENTS. L'EQUATION DE QUANTITE DE MOUVEMENT PERMET D'OBTENIR D'UNE PART L'EQUATION POUR LES VITESSES SECONDAIRES, ET D'AUTRE PART D'ABOUTIR A L'EQUATION DE PRESSION PAR RECONSTRUCTION DE RHIE ET SHOW. LA SURFACE LIBRE EST DETERMINEE PAR LA METHODE VOLUME OF FLUID QUI FAIT PARTIE DES METHODES DITES INTERFACE-CAPTURING . LA METHODE DE RESOLUTION TOTALEMENT COUPLEE EST FONDEE SUR LA RESOLUTION A CHAQUE ITERATION D'UN SEUL SYSTEME LINEAIRE POUR LES INCONNUES DE VITESSE ET PRESSION. L'ALGORITHME ITERATIF PRECONDITIONNE BICGSTAB-W PERMET DE RESOUDRE LE SYSTEME LINEAIRE. LES CALCULS REALISES SUR L'ECOULEMENT DANS UNE CAVITE CARREE DONT UNE PAROI EST ENTRAINEE, AUTOUR D'UN ET PLUSIEURS CYLINDRES COTES-A-COTES A DIFFERENTS NOMBRES DE REYNOLDS, SUR LE MOUVEMENT D'UNE COLONNE DE FLUIDE QUI S'ECROULE ET SUR UNE CUVE EN MOUVEMENT DE CAVALEMENT FORCE SONT COMPARES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ET A D'AUTRES CALCULS NUMERIQUES.
Author: Antoine Garapon (physicien).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 167
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UNE METHODE EULERIENNE A MAILLAGE ADAPTATIF EST UTILISEE POUR MODELISER UN ECOULEMENT DE FLUIDE VISQUEUX, INCOMPRESSIBLE ET TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL BIDIMENSIONNEL PLACE SOUS LA SURFACE LIBRE. LA FERMETURE DES EQUATIONS EST ASSUREE PAR LE MODELE DE TURBULENCE DE -. LA DISCRETISATION DES EQUATIONS DE TRANSPORT EST EFFECTUEE PAR LE SCHEMA UNIEXPONENTIEL, L'EQUATION DE PRESSION EST OBTENUE PAR LA RECONSTRUCTION DE RHYE & CHOW, ENFIN, L'ALGORITHME PISO ASSURE LE COUPLAGE VITESSE-PRESSION. L'APPLICATION DE CETTE METHODE A L'ETUDE DE L'ECOULEMENT TRIDIMENSIONNEL AUTOUR D'UNE CARENE DE SERIES 60 CONDUISANT A L'ECHEC, UNE NOUVELLE METHODE DE PRISE EN COMPTE DE LA SURFACE LIBRE A ETE DEVELOPPEE. CETTE METHODE A ETE ENSUITE VALIDEE ET COMPAREE AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NUMERIQUES PROVENANT DE L'ATELIER DE TOKYO (1994)
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NOUS PRESENTONS DEUX METHODES DE CALCUL NUMERIQUE DE L'ECOULEMENT D'UN FLUIDE VISQUEUX INCOMPRESSIBLE AUTOUR D'UNE CARENE DE NAVIRE. LA PREMIERE REPOSE SUR LA NOTION DE COUPLAGE FLUIDE PARFAIT-COUCHE LIMITE ET UTILISE LE CONCEPT DES VITESSES DE TRANSPIRATION. LA SECONDE EST FONDEE SUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES POUR UN ECOULEMENT A SURFACE LIBRE TURBULENT
Author: Lyes Kahouadji Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 208
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Ce mémoire est une contribution numérique à l'étude des écoulements tournants en présence d'une surface libre. Trois configurations sont étudiées. La première est représentative d'un procédé de croissance cristalline particulier, connu sous le nom de "zone flottante chas d'aiguille", pour laquelle la rotation est utilisée comme un moyen pour minimiser des défauts d'axisymétrie du chauffage. La deuxième configuration étudiée consiste à étudier un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface libre supposée comme plane. Dans la troisième partie, l'étude d'un écoulement induit par la rotation d'un disque dans une cavité cylindrique en présence d'une surface plane se voit enrichie par la prise en compte d'une surface libre déformée. Pour chacune des trois configurations, une analyse de stabilité linéaire est effectuée sur un champ de base supposé stationnaire et axisymétrique
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Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse en co-tutelle est à cheval entre deux domaines d’étude de l’interférence de sillage d’obstacle non profilé (soit un cylindre ou deux cylindres en tandem) et celle des zones de recirculations dans un sluice artisanal (un appareil de tri d’or). Notre étude contribue à l’étude des écoulements à surface libre par combinaison de quelques méthodes expérimentales. Nous avons couplé quelques techniques entre autres la visualisation de la topologie du sillage proche par la caméra CCD embarquée, les mesures des champs de vitesse par PIV et des efforts hydrodynamiques. Ainsi, le cylindre animé d’un mouvement uniformément accéléré/décéléré est caractérisé par les forces de traînée et de portance, les enveloppes des maximas, la longueur de le zone de recirculation et le nombre de Strouhal local. Dont ce dernier a une valeur avoisinant de 0.4 près de la surface libre. Et entre deux pics de la portance, le déferlement de la vague d’accompagnement est observable. L’interférence entre deux structures est simulée à travers deux cylindres et que sur une configuration symétrique, le paramètre de proximité B a tendance à accroître la longueur de la zone de recirculation. Les méthodes et dispositifs expérimentales décrites ci-dessus sont appliqués dans le cas d’écoulement hydrodynamique turbulent au sein du sluice. Les essais sur sites aurifères à Madagascar ont permis la collecte des informations sur les paramètres optimums du tri. Ces paramètres sont pris comme base initiale des travaux de laboratoire entamés sur une maquette à l’échelle 1. L’acquisition par PIV suivi des traitements statistique à multi-variables POD Snapshot nous a permis de créer un modèle expérimental de l’écoulement composé de 4 zones distinctes. L’étude expérimentale a été complétée par une simulation numérique par ANSYS14.5 ; qui nous a permis de conclure que l’approchement des riffles entraîne une diminution de la zone favorable du dépôt des minerais lourds.
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Dans ce mémoire, il est présenté le développement d'un outil numérique destiné à la simulation d'écoulements quelconques à surface libre. Cet outil se caractérise par l'emploi d'une méthode fortement couplée pour la résolution des équations de Navier-Stokes et par l'utilisation d'une technique dite de capture d'interface pour localiser la surface libre. Dans la première partie de l'ouvrage, la validation de la technique de capture d'interface est réalisée. Brièvement, cette technique consiste à simuler l'écoulement d'un seul fluide dont les caractéristiques physiques (viscosité et masse volumique) varient au travers d'une zone de transition : zone supposée coïncider avec la surface libre. La localisation de celle-ci est réalisée par la valeur d'un indicateur : la fraction de volume. L'évolution temporelle et spatiale de cette zone est obtenue par la résolution d'une équation de convection. La résolution de cette équation est implicite et ne nécessite pas de reconstruction d'interface. La seconde partie du document présente une description détaillée de la discrétisation des équations de Navier-Stokes utilisée et de la construction du système numérique. Dans cette partie, nous présentons et décrivons deux formulations numériques du problème se distinguant par une prise en compte différente du terme de masse volumique. Puis, la question de la compatibilité entre les discrétisations des équations de conservation est traitée. Enfin, pour conclure le mémoire, les outils numériques présentés sont validés par comparaison avec des résultats expérimentaux pour une grande variété de problèmes : sloshing, effondrement d'une colonne d'eau, instabilités de Rayleigh-Taylor, écoulement autour d'un profil immergé et la génération de houle. Enfin, quelques applications tridimensionnelles comme l'écoulement autour d'une carène sont décrites.
Author: Fabrice Loiseau
Author: Franc Vigié
Author: Anne-Laure Le Fessant
Author: ERIC.. DIDIER
Author: Antoine Garapon (physicien).)
Author: Bertrand Alessandrini
Author: Lyes Kahouadji
Author: Bertrand Alessandrini
Author: Toky Nandrasana Ramanakoto
Author: Yann Andrillon