Modélisation des écoulements turbulents dans les milieux poreux et à l'interface avec un milieu libre PDF Download
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Author: Marion Chandesris Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 231
Book Description
Ce travail porte sur la simulation d'écoulements turbulents dans l'ensemble d'un coeur de réacteur nucléaire en utilisant des approches multi-échelles. Nous proposons tout d'abord un modèle de turbulence macroscopique, basé sur une approche de type milieu poreux, pour décrire l'écoulement dans la région combustible du coeur de réacteur. Puis, nous étudions les conditions de saut à imposer aux interfaces entre les régions libres et les régions poreuses. Une étude analytique poussée, menée sur le cas des écoulements laminaires, permet de répondre à des questions fondamentales concernant la signification physique des conditions de saut, la valeur des paramètres de saut, ainsi que la position de l'interface. En utilisant les connaissances acquises au cours de cette analyse, nous proposons des conditions de saut à l'interface libre/poreux pour le cas des écoulements turbulents. Le modèle obtenu est alors appliqué à la simulation d'un écoulement turbulent dans un modèle simplifié de coeur de réacteur.
Author: Marion Chandesris Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 231
Book Description
Ce travail porte sur la simulation d'écoulements turbulents dans l'ensemble d'un coeur de réacteur nucléaire en utilisant des approches multi-échelles. Nous proposons tout d'abord un modèle de turbulence macroscopique, basé sur une approche de type milieu poreux, pour décrire l'écoulement dans la région combustible du coeur de réacteur. Puis, nous étudions les conditions de saut à imposer aux interfaces entre les régions libres et les régions poreuses. Une étude analytique poussée, menée sur le cas des écoulements laminaires, permet de répondre à des questions fondamentales concernant la signification physique des conditions de saut, la valeur des paramètres de saut, ainsi que la position de l'interface. En utilisant les connaissances acquises au cours de cette analyse, nous proposons des conditions de saut à l'interface libre/poreux pour le cas des écoulements turbulents. Le modèle obtenu est alors appliqué à la simulation d'un écoulement turbulent dans un modèle simplifié de coeur de réacteur.
Author: François Pinson Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
Book Description
Ce travail porte sur la modélisation à l'échelle macroscopique de la turbulence dans des milieux poreux. Cette problématique touche aussi bien le domaine des échangeurs de chaleur, des réacteurs nucléaires, ou des écoulements urbains, etc. Nous nous fixons pour objectif de ne décrire que de façon homogénéisée, en appliquant un opérateur de moyenne spatiale, des écoulements turbulents traversant une structure solide. Outre ce premier opérateur, l'utilisation de la moyenne statistique permet de s'affranchir du caractère pseudo-aléatoire de la turbulence. Ainsi, l'application successive de ces deux opérateurs de moyenne permet d'établir les équations bilan décrivant les écoulements considérés. Elle fait par ailleurs émerger deux problématiques majeures, à savoir la modélisation des effets de dispersion dûs à la présence de la structure solide et la modélisation de la turbulence à l'échelle macroscopique. Elles sont en partie traitées dans cette thèse.
Author: Ahmad Al Bitar Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 150
Book Description
Dans ce travail, on considère la modélisation des écoulements dans des hydro-systèmes comprenant des sols et des aquifères géologiquement complexes et hétérogènes. On considèrera par exemple le cas d'un aquifère côtier soumis à l'intrusion saline, avec couplage densitaire (eau douce / eau salée), phénomène auquel peuvent se greffer d'autres couplages (écoulements à saturation variable, couplages surface / souterrain). On choisit une approche ayant les caractéristiques suivantes : - le modèle est spatialement distribué afin de représenter l'hétérogénéité du milieu ; - le modèle est fortement couplé afin d'appréhender les écoulements dans leur complexité physique. On utilise dans ce but un modèle fortement intégré, à une seule équation générique de type EDP, basée sur une loi de Darcy généralisée permettant de décrire différents "régimes" d'écoulements la co-existant dans un même domaine, tout en conservant robustesse et efficacité. Le travail est divisé en trois parties : dans une première partie on élabore un nouveau modèle numérique 3D, pour la modélisation des écoulements en milieux poreux à densité variable dans l’hypothèse d'une interface abrupte. Ce nouveau modèle est basé sur des relations "effectives" non linéaires de saturation et de perméabilité, dans une équation d'écoulement de type Richards modifiée. La seconde partie correspond à l'élaboration et l'implémentation d'un modèle verticalement intégré d'intrusion saline en aquifère côtier, permettant d'étudier l'effet de l'hétérogénéité stochastique de l'aquifère. Le modèle, basé sur l'hypothèse "interface abrupte", est implémenté comme un module "2D" dans le code volumes finis BigFlow2D/3D. Le nouveau module 2D est utilisé pour analyser la variabilité de l"interface eau douce / eau salée par simulations stochastiques de type Monte Carlo à échantillonnage spatial (réalisation unique). Ces résultats sont comparés à nouvelle théorie, où l"interface aléatoire auto-corrélée est analysée par transformation de variable, combinée à une méthode de perturbation et à une représentation spectrale (Fourier / Wiener-Khinchine). Dans la troisième et dernière partie, on présente un modèle de couplage fortement "intégré" pour la modélisation des écoulements de surface et souterrain en hypothèses d'écoulement plan, verticalement hydrostatique. On s'intéresse au cas d'une vallée fluviale avec cours d'eau, plaine d'inondation, et nappe d'accompagnement. L'écoulement en surface est modélisé par l'équation d'onde diffusante et l'écoulement souterrain par l'équation de Dupuit-Boussinesq. Ce modèle couplé est appliqué à la vallée fluviale de la Garonne dans la région de Toulouse - Moissac (France). Cette application a nécessité l'élaboration d'une méthode d'interpolation géostatistique adaptée à l'élaboration d'un Modèle Intégré Numérique de Terrain ("MINT"), de façon à inclure le fond de la rivière au MNT topographique en haute résolution. Enfin, au-delà de cette application particulière, le modèle d'écoulement couplé surface / souterrain est généralisé au cas d'un couplage densitaire eau douce / eau salée, lorsque la nappe est sujette à l'intrusion saline au voisinage d'une embouchure ou d'un estuaire.
Author: Minh Ngoc Vu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Cette thèse est consacrée au développement d'une méthode numérique visant à modéliser des écoulements dans des milieux poreux fissurés, ainsi qu'à déterminer leur perméabilité effective à partir des avancements théoriques récents. En parallèle, elle a été aussi l'occasion de continuer sur la voie théorique et d'obtenir de nouveaux résultats sur ce plan.Les équations générales gouvernant l'écoulement dans de tels matériaux sont rappelées, et plus particulièrement, la conservation de la masse à l'intersection entre fissures est établie explicitement [132, 139]. Des solutions générales du potentiel sont proposées sous la forme d'une équation intégrale singulière décrivant l'écoulement dans et autour des fissures entourées par une matrice infinie soumise à un champ lointain [136, 139]. Ces solutions représentent le champ de pression dans le milieu infini en fonction de l'infiltration dans les fissures qui prennent en compte complètement l'interaction et l'intersection entre fissures. En considérant le problème d'une fissure super-conductrice, des solutions analytiques de l'écoulement ont été développées et ces solutions sont utilisées comme cas de référence pour valider la solution numérique. De plus, la solution théorique de ce problème dans le cas 3D permet de comparer le modèle d'écoulement de Poiseuille dans une fissure elliptique d'épaisseur nulle et le modèle d'inclusion ellipsoïdale aplatie soumise à l'écoulement de Darcy [140]. Des outils numériques ont été développés en se basant sur la méthode des équations intégrales singulières afin de résoudre les équations générales du potentiel [132, 180]. Cela permet, d'une part, de modéliser l'écoulement stationnaire dans un domaine poreux contenant un grand nombre de fissures et, d'autre part, de proposer une solution semi-analytique de l'infiltration dans une fissure isolée dépendant de la perméabilité de la matrice, de la conductivité de la fissure et de la variable géométrique de la fissure. Cette dernière est l'élément essentiel pour déterminer de la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré en utilisant des schémas d'homogénéisation. Ce modèle auto-cohérent révèle un seuil de percolation qui est alors applicable pour l'estimation de la perméabilité effective d'un matériau contenant un grand nombre de fissures. L'approche par sous-structuration permet l'extension de la solution générale du potentiel, écrite pour un domaine infini, à celle d'un domaine fini [181]. Une solution analytique de l'écoulement dans et autour d'une fissure partiellement saturée est établie, fondée sur la solution analytique pour la fissure super-conductrice. Celle-ci est alors utilisée pour estimer la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré non-saturé [141]. Le modèle de la perméabilité effective est appliqué dans le contexte du stockage géologique du CO2 en vue d'étudier le comportement d'une zone de faille constituée par un noyau argileux et des zones fissurées. La pression d'injection provoque l'augmentation de la pression interstitielle dans le réservoir. Cette surpression engendrée dans le réservoir peut affecter la perméabilité de zones fissurées ce qui conduit à des phénomènes hydromécaniques couplés. Les résultats de simulations numériques permettent d'évaluer, d'une part, le risque de la remontée de la saumure à l'aquifère supérieur, et d'autre part, le risque de l'initiation d'une rupture sur le plan de la faille.
Author: Marc Prat Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 257
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LE PROBLEME DES CONDITIONS AUX LIMITES A IMPOSER POUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS MACROSCOPIQUES DE TRANSFERTS DANS LES MILIEUX POREUX EST ETUDIE. L'ETUDE EST BASEE SUR UNE MODELISATION DES REGIONS FRONTIERES ET EST EFFECTUEE DANS LE CADRE DE LA METHODE DE PRISE DE MOYENNE AVEC PROBLEME DE FERMETURE. L'ERREUR SUR LA PREDICTION DES CHAMPS MACROSCOPIQUES PAR RESOLUTION DU MODELE MACROSCOPIQUE LIEE AU FAIT QUE LES CONDITIONS AUX LIMITES SONT SPECIFIEES AU NIVEAU MACROSCOPIQUE EST CALCULEE DANS LE CAS DE LA DIFFUSION PURE OU DE LA CONDUCTION PURE POUR DIFFERENTS TYPES DE CONDITIONS AUX LIMITES. ON CONSIDERE ENSUITE LE CAS OU UN FLUIDE EXTERNE EST LE SIEGE D'UN ECOULEMENT PARALLELE A L'INTERFACE MILIEU POREUX MILIEU EXTERNE. ON MONTRE QUE, LORSQUE LA TAILLE DES HETEROGENEITES MICROSCOPIQUES EST SUFFISAMMENT PETITE DEVANT LES DIMENSIONS CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT EXTERNE, ON PEUT SE RAMENER A UN PROBLEME CLASSIQUE DE TRANSFERT COUPLE. DES INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES SONT OBTENUES PAR SIMULATION DIRECTE DE L'ECOULEMENT MICROSCOPIQUE DANS LA ZONE INTERFACIALE POUR UN MILIEU POREUX MODELE. LORSQUE LE MILIEU POREUX EST NON SATURE, UNE METHODE NUMERIQUE DE PREDICTION DE L'EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE DES GRANDEURS INTERFACIALES ET DES CHAMPS DE TENEUR EN EAU ET DE TEMPERATURE AU SEIN DU MILIEU POREUX EST PRESENTEE. L'EFFET D'HETEROGENEITES MACROSCOPIQUES DE SATURATION SUR LES COEFFICIENTS DE TRANSFERTS CONVECTIFS INTERFACIAUX EST EXAMINE. FINALEMENT, DANS LE CAS DES MILIEUX NON SATURES, LA QUESTION DE L'INTERFACE RENVOIE A UN REEXAMEN DE LA MODELISATION DES MECANISMES INTERNES COTE MILIEU POREUX
Book Description
On s'intéresse à la modélisation des écoulements diphasiques de fluides immiscibles et incompressibles en milieu poreux a plusieurs types de roches. On considère que l'écoulement, dans chaque type de roche, est régi par les équations de conservation la masse couplées a la loi de darcy généralisée et a la loi de capillarite. A ces équations s'ajoutent des conditions de transmission à l'interface séparant les différents types de roches. On présente certaines méthodes permettant de modéliser les écoulements diphasiques en milieu poreux hétérogène. Puis on considère deux modèles ; des résultats d'existence et d'unicité sont établis pour ces modèles. Dans le cadre de l'homogénéisation périodique, on détermine aussi, par le moyen de la convergence a deux échelles, les modèles homogénéisés correspondants. Enfin, on présente des simulations numériques
Author: IOANA-ANDREEA.. ENE Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 126
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LE BUT DE CETTE THESE EST L'ETUDE DE DEUX PROBLEMES D'ECOULEMENT DANS LES MILIEUX POREUX. POUR DECRIRE CES ECOULEMENTS ON UTILISE LA CONVERGENCE DOUBLE-ECHELLE ET LA CONVERGENCE TRIPLE-ECHELLE. PLUS PRECISEMENT LES DEUX PROBLEMES ETUDIES SONT: L'ECOULEMENT D'UN FLUIDE VISQUEUX A TRAVERS UN MILIEU POREUX ELASTIQUE DE FAIBLE EPAISSEUR ET L'ECOULEMENT D'UN FLUIDE DANS UN MILIEU POREUX FISSURE. DANS LE PREMIER CHAPITRE ON CONSIDERE LE CAS DU SYSTEME STOKES DANS LE FLUIDE, LE SOLIDE EST ELASTIQUE ET CONSIDERE DANS LE CADRE DE L'ELASTICITE LINEARISEE. LA STRUCTURE PERIODIQUE DU DOMAINE ET LA FAIBLE EPAISSEUR DU SOLIDE IMPOSE L'INTRODUCTION DE DEUX PETITS PARAMETRES. ON CONSTRUIT UN NOUVEAU PROLONGEMENT DE LA PRESSION DANS LA PARTIE SOLIDE, DIFFERENT DE CEUX CONNUS JUSQU'A MAINTENANT, QUI NOUS ASSURE LA CONTINUITE DU TENSEUR DES CONTRAINTES SUR L'INTERFACE FLUIDE-SOLIDE. L'EQUATION LIMITE FINALE DECRIT UN MILIEU VISCOELASTIQUE AVEC UN TERME DE MEMOIRE EVANESCENTE. LA METHODE UTILISEE EST CELLE DE LA CONVERGENCE DOUBLE-ECHELLE. DANS LE CHAPITRE 2 ON CONSIDERE LE SYSTEME NAVIER-STOKES LINEARISE DANS LE FLUIDE. LES TECHNIQUES SONT LES MEMES QUE POUR LE CAS STOKES ; L'EQUATION MACROSCOPIQUE CONTIENT UN TERME DE MEMOIRE EVANESCENTE, MAIS AUSSI UN TERME NOUVEAU. DANS LE TROISIEME CHAPITRE ON ETUDIE L'ECOULEMENT D'UN FLUIDE DANS UN MILIEU POREUX FISSURE. D'UN POINT DE VUE MECANIQUE C'EST UN PROBLEME DE DOUBLE POROSITE, DANS LE CADRE D'UN MILIEU AVEC DOUBLE PERIODICITE. LE RESULTAT D'HOMOGENEISATION OBTENU MONTRE QU'ON A UNE LOI DE DARCY AU NIVEAU MACROSCOPIQUE, ET QU'AU MOINS DANS LE CAS STATIONNAIRE LE MODELE AVEC DOUBLE PERIODICITE ET LE MODELE AVEC DOUBLE POROSITE COINCIDENT. LA METHODE UTILISEE EST CELLE DE LA CONVERGENCE TRIPLE-ECHELLE
Author: Mohamed Id Moulay Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
La modélisation du transport réactif est utilisée dans de nombreuses applications énergétiques et environnementales liées aux écoulements souterrains. La modélisation de tels problèmes conduit à un système hautement non linéaire d'EDP couplées à des équations différentielles ordinaires ou algébriques. Deux types d'approches pour la résolution numérique des problèmes de transport réactif sont largement utilisés dans la littérature. L'une est l'approche de séparation des opérateurs qui consiste à découpler les problèmes d'écoulement et de transport réactif. Ces derniers sont résolus séquentiellement à chaque pas de temps. L'autre stratégie est basée sur une approche entièrement couplée dans laquelle le système entier est résolu simultanément. Le but de la thèse de doctorat est le développement d'un schéma implicite en volumes finis pour la modélisation numérique d'écoulements multicomposants monophasiques et diphasiques avec transport réactif en milieu poreux.Deux nouveaux modules de transport réactif seront implémentés dans DuMuX, un simulateur libre pour les problèmes d'écoulements et de transport dans les milieuw poreux. Des simulations numériques bi et tridimensionnels comprenant des benchmarks et du calcul haute performance, seront effectuées pour valider les modules.
Book Description
Ce travail de thèse sur les milieux poreux est axé sur deux parties. La première concerne l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide Newtonien ou non-Newtonien au sein d'un système fluide/poreux. L'approche à un seul domaine qui consiste à écrire l'équation de Navier-Stokes incluant le terme de Darcy-Brinkman-Forchheimer est adoptée dans cette étude. La relation entre le gradient de pression et la vitesse débitante linéaire dans le cas de Darcy où le fluide est Newtonien, est obtenue. Cette relation est étendue dans le cas non-Darcy où le fluide est non Newtonien. L'influence des nombres de Darcy et de Forchheimer sur la structure de l'écoulement est montrée. Dans la seconde partie, une étude de stabilité linéaire et numérique de la convection naturelle de fluides viscoélastiques saturant une couche poreuse horizontale chauffée par un flux constant est réalisée. Une étude d'instabilité primaire et secondaire nous a permis de montrer que pour un fluide Newtonien, la convection monocellulaire perd sa stabilité au profit des rouleaux longitudinaux. Dans le cas des fluides viscoélastiques, on trouve que l'élasticité du fluide induit la sélection des rouleaux transversaux propagatifs. Une solution numérique basée sur un schéma aux différences finies est venue conforter ces résultats analytiques.
Author: Marion Chandesris
Author: Marion Chandesris
Author: François Pinson
Author: Ahmad Al Bitar
Author: Minh Ngoc Vu
Author: Philippe Chang
Author: Marc Prat
Author: Abdelkader Hidani
Author: IOANA-ANDREEA.. ENE
Author: Mohamed Id Moulay
Author: Abdoulaye Gueye