Simulation numérique tridimensionnelle d'écoulement visqueux incompressible dans une géométrie complexe PDF Download
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Dans ce travail, un schema numerique de resolution des equations de la mecanique des fluides, pour un ecoulement visqueux, incompressible, isotherme, tridimensionnel ou bidimensionnel, a ete developpe et mis au point. Dans une premiere partie, on precise les phenomenes physiques pris en compte, les aspects theoriques necessaires pour la formulation du probleme. En suite, on expose les techniques numeriques adoptees. Les equations de navier-stokes ecrites sous forme integrale, sont discretisees: en temps en utilisant une formulation de type euler-lagrange, et une methode de type differences finies. En espace en utilisant une methode de type elements finis. Le systeme discret obtenue pour la pression (equation de poisson discrete) permet une resolution iterative par la methode sor(successive over relaxation). Dans la seconde partie, on s'interesse plus particulierement aux applications bidimensionnelles en laminaire, puis en turbulent (modele longueur de melange et modele a deux equations de transport). La troisieme partie est consacree aux applications tridimensionnelles. Plusieurs cas tests ont ete effectues, notamment l'ecoulement dans (i) un canal droit, (ii) dans des coudes a 60 degres, 90 degres et 120 degres, (iii) dans une conduite obstruee. Les resultats obtenus permettent de montrer clairement la validite du schema numerique utilise et la mise en evidence des effets tridimensionnels: la difference de pression engendre des ecoulements secondaires qui se superposent a l'ecoulement principal. Les comparaisons entre nos resultats et ceux d'autres auteurs sont satisfaisantes.
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Dans ce travail, un schema numerique de resolution des equations de la mecanique des fluides, pour un ecoulement visqueux, incompressible, isotherme, tridimensionnel ou bidimensionnel, a ete developpe et mis au point. Dans une premiere partie, on precise les phenomenes physiques pris en compte, les aspects theoriques necessaires pour la formulation du probleme. En suite, on expose les techniques numeriques adoptees. Les equations de navier-stokes ecrites sous forme integrale, sont discretisees: en temps en utilisant une formulation de type euler-lagrange, et une methode de type differences finies. En espace en utilisant une methode de type elements finis. Le systeme discret obtenue pour la pression (equation de poisson discrete) permet une resolution iterative par la methode sor(successive over relaxation). Dans la seconde partie, on s'interesse plus particulierement aux applications bidimensionnelles en laminaire, puis en turbulent (modele longueur de melange et modele a deux equations de transport). La troisieme partie est consacree aux applications tridimensionnelles. Plusieurs cas tests ont ete effectues, notamment l'ecoulement dans (i) un canal droit, (ii) dans des coudes a 60 degres, 90 degres et 120 degres, (iii) dans une conduite obstruee. Les resultats obtenus permettent de montrer clairement la validite du schema numerique utilise et la mise en evidence des effets tridimensionnels: la difference de pression engendre des ecoulements secondaires qui se superposent a l'ecoulement principal. Les comparaisons entre nos resultats et ceux d'autres auteurs sont satisfaisantes.
Author: Hakim En-Nefkhaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 159
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La methode des matrices d'interpolation (mmi) a ete proposee pour la premiere fois par koshizuka et al. (1988) comme une methode de differences finis (mdf). La mmi se revele interessante par sa simplicite dans la formulation et par son codage des problemes de la dynamique des fluides dans un systeme de coordonnees generalisees. A l'origine Koshizuka et al., utilisaient une fonction d'approximation du second ordre pour approximer n'importe quelle variable. La mmi classique (Koshizuka et al.) A ete teste sur deux problemes de repere. Les resultats obtenus, montrent que, dans le cas d'un espacement non-regulier des points, ou dans le cas d'un systeme de coordonnees non-orthogonal, la fonction d'approximation proposee par Koshizuka et al., induit d'importants erreurs de troncature. L'objectif de notre travail consiste: i) a etudier l'importance des erreurs de troncature, dues a l'utilisation de la mmi classique; ii) de proposer une autre fonction d'approximation afin d'ameliorer cette methode; iii) de proposer un algorithme de resolution des equations de navier-stokes pour un ecoulement bi-dimensionnel incompressible laminaire ou turbulent. L'algorithme utilise ici est base sur la methode smac, a laquelle, nous avons apporte des modifications pour etre stable dans une grille non decalee; iv) de presenter des cas-tests academiques (ecoulement en aval d'une marche descendante, ecoulement dans une cavite inclinee, écoulement instationnaire autour d'un cylindre circulaire... Etc.) Pour demontrer la fiabilite et la stabilite de la methode proposee.
Author: Philippe Kessler Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 110
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LA TRANSITION A LA TURBULENCE D'ECOULEMENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE EST ETUDIEE PAR SIMULATION NUMERIQUE COMPRESSIBLE BIDIMENSIONNELLE ET TRIDIMENSIONNELLE. ON PRESENTE UNE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'UN JET ROND D'AIR, COMPAREE A UNE EXPERIENCE EN LABORATOIRE ET A UNE AUTRE SIMULATION NUMERIQUE INCOMPRESSIBLE. CETTE COMPARAISON NOUS A PERMIS DE VALIDER NOTRE OUTIL NUMERIQUE. NOUS MONTRONS UN BON ACCORD ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NOTRE SIMULATION NUMERIQUE EN ZONE TRANSITIONNELLE. ON APPLIQUE NOTRE OUTIL NUMERIQUE A UNE GEOMETRIE COMPLEXE ET INDUSTRIELLE: L'ENTREE D'AIR EN INCIDENCE. CETTE ETUDE EST EFFECTUEE AVEC UN CODE A GESTION MULTI-DOMAINE DES TRANSFERTS D'INFORMATIONS PAR METHODE AUX CARACTERISTIQUES. LES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX D'UNE EXPERIENCE FAITE AU CEAT DE POITIERS. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ, AINSI QUE LES TOURBILLONS LONGITUDINAUX, RESPONSABLES DES FLUCTUATIONS DE PRESSION AU NIVEAU DU PREMIER ETAGE DU COMPRESSEUR. ENFIN, ON A REPRODUIT UNE EXPERIENCE MAGNETOHYDRODYNAMIQUE FAITE AU LABORATOIRE MADYLAM, EN GEOMETRIE BIDIMENSIONNELLE RONDE. L'INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR UN ECOULEMENT DE MERCURE SOUMIS AUX FORCES DE LAPLACE CREE UN CISAILLEMENT AU NIVEAU DE L'ELECTRODE. ON PRESENTE UNE EVOLUTION TEMPORELLE DE LA VORTICITE ET DE LA PRESSION, AINSI QUE LES STATISTIQUES OBTENUES EN REGIME PERMANENT. NOUS MONTRONS DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS, MAIS PAR CONTRE SUR LES STATISTIQUES, NOUS SURESTIMONS LES VALEURS MOYENNES ET FLUCTUANTES. NOUS MONTRONS QUE LES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT NE SONT PAS BIDIMENSIONNELLES, MAIS DOIVENT ETRE TRIDIMENSIONNELLES
Author: PASCALE.. MIET ROLLET Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 279
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS EN FLUIDE VISQUEUX INCOMPRESSIBLE PAR SIMULATION DES GRANDES ECHELLES. DESTINES A TRAITER DES GEOMETRIES COMPLEXES, LES DEVELOPPEMENTS SONT REALISES DANS LE CADRE DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS POUR MAILLAGES NON-STRUCTURES. UN SCHEMA NUMERIQUE CENTRE ET CO-LOCALISE, PRECIS AU SECOND ORDRE EN TEMPS ET EN ESPACE, EST MIS EN OEUVRE POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES TRIDIMENSIONNELLES ET INSTATIONNAIRES. AFIN D'EVALUER L'IMPACT DU SCHEMA D'AVANCEMENT EN TEMPS ET DE LA DISCRETISATION SPATIALE, DES COMPARAISONS AVEC D'AUTRES ALGORITHMES SONT EFFECTUEES DANS LE CADRE DE LA TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE ET DE L'ECOULEMENT EN CANAL PLAN A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS. PARMI LES MODELES DE SOUS-MAILLE TESTES EN TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE, PLUSIEURS MODELES DYNAMIQUES LOCALISES ONT ETE EXAMINES, EN VUE DE SIMULATION EN GEOMETRIE COMPLEXE. LE MODELE DYNAMIQUE LOCALISE DE PIOMELLI-LIU A ALORS ETE SELECTIONNE. EN INTRODUISANT UNE MOYENNE TEMPORELLE, CE MODELE S'ADAPTE EN EFFET LOCALEMENT AUX TRANSFERTS D'ENERGIE DE SOUS-MAILLE. NOUS EXAMINONS LES RESULTATS ALORS OBTENUS EN CANAL PLAN EN MAILLAGE TOTALEMENT NON-STRUCTURE A UN NOMBRE DE REYNOLDS DE 20 000. ENFIN, CET OUTIL DE SIMULATION EST APPLIQUE A UN ECOULEMENT EN FAISCEAU DE TUBES. L'ANALYSE DES RESULTATS MET EN EVIDENCE UN ACCORD TRES SATISFAISANT AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES, EN CE QUI CONCERNE LES PROPRIETES STATISTIQUES ET LES TERMES DE PRODUCTION DE L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE RESOLUE.
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Ce travail a pour objet le développement d'un code de calcul pour la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en écoulement incompressible dans des domaines géométriques quelconques. Les équations sont discrétisées selon la technique des volumes finis sur un maillage cartésien non orthogonal, colocalisé (sans décalage de grille de calcul des composantes de vitesse et de la pression). La non orthogonalité des volumes de contrôle est prise en compte à l'aide de schémas numériques spécifiques inspirés des travaux de M. Péric (Defered Correction). Le couplage vitesse-pression est régi par un algorithme prédicteur-correcteur basé sur la Méthode de Projection, utilisant la décomposition de Hodge, qui semble plus performant que les algorithmes classiques de type SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation). Cet algorithme intègre les approximations de Rhie et Chow qui permettent de limiter les oscillations numériques inhérentes à l'utilisation d'un maillage colocalisé. Les divers éléments introduits lors de l'élaboration du code en vue d'accroître ses performances ont été systématiquement évalués et comparés sur des écoulements tests en géométrie 2D. Finalement ce code a pu être utilisé pour modéliser l'écoulement 3D d'un jet de paroi au-dessus d'une bosse. Une étude comparative montre que les résultats de la simulation sont nettement meilleurs que ceux obtenus dans les mêmes conditions par une approche de type frontière immergée utilisant un simple maillage cartésien orthogonal.
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Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objet l'étude de méthodes de préconditionnement efficaces pour des problèmes elliptiques en géométrie non orthogonale traités par méthode de type pseudo spectrale, et leur utilisation afin de simuler de manière précise et efficace l'écoulement de fluide visqueux incompressible en cavité bidimensionnelle déformée. Une première partie est ainsi consacrée à l'étude du préconditionnement des équations elliptiques mono et bidimensionnelles pour une discrétisation basée sur une série de polynômes de Fourier ou de Chebychev. Parmi les trois méthodes de précision finie envisagées comme préconditionneur, différences finies (DF), éléments finis (EF), et volumes finis (VF), nous montrons que les VF représentent le meilleur préconditionneur d'ordre faible. Le préconditionnement VF est ensuite mis en œuvre avec succès pour le développement d'un solveur pseudo spectral des équations de Navier Stokes, en géométrie non orthogonale. Le découplage des champs de vitesse et pression est basé sur l'algorithme de « Projection Diffusion ». Une seconde partie de ce travail est consacrée à l'étude d'écoulements incompressibles en géométries non orthogonales, le solveur développé permettant l'accès à des solutions numériques à précision spectrale. Pour l'écoulement en cavité entraînée déformée bidimensionnelle, nous montrons la sensibilité de la topologie de l'écoulement et de sa stabilité, vis-à-vis de la déformation
Author: Gang Jin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 342
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L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE A ETE ETUDIE POUR UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE. LA CONFIGURATION DU PROFIL D'AILE A ETE PLACEE DANS UN ECOULEMENT UNIFORME STATIONNAIRE OU OSCILLANT EN TAMIS. LA MISE EN UVRE D'UN LOGICIEL DE CALCUL EST EFFECTUEE EN MAILLAGE CURVILIGNE DE TYPE H, PRECIS AU SECOND ORDRE TEMPOREL ET SPATIAL, PERMETTANT LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPLETES POUR UN SILLAGE DE GEOMETRIE COMPLEXE, AFIN DE PREDETERMINER LA NAISSANCE D'INSTABILITES, DU DECOLLEMENT INSTATIONNAIRE ET DES STRUCTURES ORGANISEES DU SILLAGE A DES NOMBRES DE REYNOLDS MODERES. DANS CE CONTEXTE, UNE ANALYSE PHYSIQUE DES PROPRIETES DE L'ECOULEMENT A LA SORTIE DU DOMAINE A PERMIS DE DEVELOPPER DES CONDITIONS LIMITES NON-REFLECTIVES, EN ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE, DANS LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. CE TYPE DE CONDITIONS LIMITES A PERMIS D'UTILISER UNE DISTANCE RAISONNABLE A L'AVAL ET D'EFFECTUER DES ECONOMIES NOTABLES SUR LE TEMPS DE CALCUL. AINSI IL MINIMISE LES EFFETS DE RETROACTION ET DE CONFINEMENT ARTIFICIEL. LE DEVELOPPEMENT DU MODELE DE TURBULENCE INSTATIONNAIRE A DEUX EQUATIONS EST EFFECTUE SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE PHASE POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES. CETTE METHODOLOGIE PERMET DE CALCULER LES EFFETS FORTEMENT INSTATIONNAIRES (ECOULEMENT TURBULENT EN TAMIS) POUR UNE GEOMETRIE COMPLEXE. UN TRAITEMENT DE MODELE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS EST INCLUS. UNE MODELISATION POUR LE TERME DE PRODUCTION D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, EN FONCTION DU ROTATIONNEL LOCAL, EST PROPOSEE D'APRES DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES, AFIN DE SURMONTER LE PROBLEME DE LA SURPRODUCTION D'ENERGIE TURBULENTE DANS LA REGION AU VOISINAGE DU POINT D'ARRET. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS MONTRENT L'EFFICACITE DE CETTE APPROCHE POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, DECOLLES EN SITUATION NATURELLE ET FORCEE
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Cette thèse concerne la résolution numérique des équations de Navier-Stokes formulées en coordonnées curvilignes et discrétisées par la méthode des volumes finis sur des maillages non décalés. L'étude contribue à la compréhension, la validation et la mise en oeuvre des schémas de discrétisation de la convection d'ordre élevé et des algorithmes de couplage pression vitesse semi-implicites pour les fluides incompressibles. La comparaison des diverses méthodes ne permet pas de mettre en évidence une technique de discrétisation ni de couplage systématiquement plus satisfaisante que les autres. La présentation des résultats cherche à mettre en évidence les différences de comportement des méthodes. Les implantations des schémas de discrétisation (centré, QUICK, amont au second ordre et CONDIF) qui permettent une résolution stable sont comparées sur les cas de la cavité carrée entraînée et le sillage laminaire d'un cylindre circulaire, dans des configurations de calcul éprouvantes pour la précision des résultats et la stabilité de résolution. Les algorithmes de résolution semi-implicites (SIMPLE, SIMPLEC, SIMPLER et PISO) sont présentés à partir d'une formulation générales de l'équation de correction de pression. L'étude des performances des divers algorithmes est paramétrée par le coefficient de sous relaxation de la vitesse, le schéma de discrétisation employé, le raffinement du maillage et le type de conditions aux limites sur la vitesse.
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UNE METHODE DE CALCUL D'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE, TRIDIMENSIONNEL, DE FLUIDE INCOMPRESSIBLE, VISQUEUX OU NON, A ETE MISE EN UVRE DANS LE CADRE DES ETUDES CONCERNANT LE PHENOMENE DE L'ECLATEMENT TOURBILLONNAIRE. BASEE SUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN FORMULATION VITESSE-PRESSION, ET DISCRETISEE A L'AIDE DE SCHEMAS AUX DIFFERENCES FINIES D'ORDRE 2 OU 4 EN ESPACE ET D'ORDRE 2 EN TEMPS, L'APPLICATION TRAITEE EST RELATIVE A UN TOURBILLON ISOLE, DONT LE PROFIL INITIAL DE VITESSE EST REPRESENTATIF DES TOURBILLONS D'AILE DELTA. CE TOURBILLON EST SOUMIS, SOIT A UNE PERTURBATION TRIDIMENSIONNELLE INITIALE IMPOSEE AU CUR MEME DU TOURBILLON, SOIT A UN GRADIENT DE PRESSION ADVERSE, EXERCE LONGITUDINALEMENT PAR L'INTERMEDIAIRE DE CONDITIONS DE DIRICHLET SUR LES PAROIS LATERALES. UNE ETUDE PARAMETRIQUE, CONCERNANT NOTAMMENT LES NOMBRES DE REYNOLDS ET DE ROSSBY, AINSI QUE LE TYPE DE PROFILS DE VITESSE INITIALE, EST PRESENTEE. UN CRITERE D'ECLATEMENT, LIE A NOMBRE DE ROSSBY, EST OBTENU
Author: Sid M. Becker Publisher: Academic Press ISBN: 0128046198 Category : Medical Languages : en Pages : 396
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Modeling of Microscale Transport in Biological Processes provides a compendium of recent advances in theoretical and computational modeling of biotransport phenomena at the microscale. The simulation strategies presented range from molecular to continuum models and consider both numerical and exact solution method approaches to coupled systems of equations. The biological processes covered in this book include digestion, molecular transport, microbial swimming, cilia mediated flow, microscale heat transfer, micro-vascular flow, vesicle dynamics, transport through bio-films and bio-membranes, and microscale growth dynamics. The book is written for an advanced academic research audience in the fields of engineering (encompassing biomedical, chemical, biological, mechanical, and electrical), biology and mathematics. Although written for, and by, expert researchers, each chapter provides a strong introductory section to ensure accessibility to readers at all levels. Features recent developments in theoretical and computational modeling for clinical researchers and engineers Furthers researcher understanding of fluid flow in biological media and focuses on biofluidics at the microscale Includes chapters expertly authored by internationally recognized authorities in the fundamental and applied fields that are associated with microscale transport in living media
Author: Chafiq Chaara
Author: Chafiq Chaara
Author: Hakim En-Nefkhaoui
Author: Philippe Kessler
Author: PASCALE.. MIET ROLLET
Author: Kwalha Ahipo
Author: Alexis Redondo
Author: Gang Jin
Author: Marie-Pierre Dainese
Author: PHILIPPE.. MEGE
Author: Sid M. Becker