Réduction de modèle et contrôle d'écoulements PDF Download
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Le contrôle d'écoulements turbulents est un enjeu majeur en aérodynamique. Cependant, la présence d'un grand nombre de degrés de libertés et d'une dynamique complexe rend délicat la modélisation dynamique de ces écoulements qui est pourtant nécessaire à la conception d'un contrôle efficace. Au cours de cette thèse, différentes directions ont été suivies afin de développer des modèles réduits dans des configurations réalistes d'écoulements et d'utiliser ces modèles pour le contrôle.Premièrement, la décomposition en modes dynamiques (DMD), et certaines de ses variantes, ont été exploitées en tant que base réduite afin d'extraire au mieux le comportement dynamique de l'écoulement. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l'assimilation de données 4D-Var qui permet de combiner des informations inhomogènes provenant d'un modèle dynamique, d'observations et de connaissances a priori du système. Nous avons ainsi élaboré des modèles réduits POD et DMD d'un écoulement turbulent autour d'un cylindre à partir de données expérimentales PIV. Finalement, nous avons considéré le contrôle d'écoulement dans un contexte d'interaction fluide/structure. Après avoir montré que les mouvements de solides immergés dans le fluide pouvaient être représentés comme une contrainte supplémentaire dans le modèle réduit, nous avons stabilisé un écoulement de sillage de cylindre par oscillation verticale.
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Le contrôle d'écoulements turbulents est un enjeu majeur en aérodynamique. Cependant, la présence d'un grand nombre de degrés de libertés et d'une dynamique complexe rend délicat la modélisation dynamique de ces écoulements qui est pourtant nécessaire à la conception d'un contrôle efficace. Au cours de cette thèse, différentes directions ont été suivies afin de développer des modèles réduits dans des configurations réalistes d'écoulements et d'utiliser ces modèles pour le contrôle.Premièrement, la décomposition en modes dynamiques (DMD), et certaines de ses variantes, ont été exploitées en tant que base réduite afin d'extraire au mieux le comportement dynamique de l'écoulement. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l'assimilation de données 4D-Var qui permet de combiner des informations inhomogènes provenant d'un modèle dynamique, d'observations et de connaissances a priori du système. Nous avons ainsi élaboré des modèles réduits POD et DMD d'un écoulement turbulent autour d'un cylindre à partir de données expérimentales PIV. Finalement, nous avons considéré le contrôle d'écoulement dans un contexte d'interaction fluide/structure. Après avoir montré que les mouvements de solides immergés dans le fluide pouvaient être représentés comme une contrainte supplémentaire dans le modèle réduit, nous avons stabilisé un écoulement de sillage de cylindre par oscillation verticale.
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La dynamique d'instabilité d'un écoulement laminaire décollé est étudiée expérimentalement et son contrôle par le biais de la simulation numérique. La configuration étudiée est une couche limite laminaire décollée au dessus d'une géométrie de type bosse.Pour une certaine gamme de paramètres, l'écoulement de recirculation en aval de la bosse est caractérisé par un battement basse fréquence. L'étude expérimentale de cette dynamique a permis de retrouver les différents régimes d'instabilité mis a jour par voie numérique. Ces résultats prouvent notamment que les instabilités basse fréquence, dont l'existence a été surtout mise en évidence dans des configurations d'écoulements compressibles, sont un phénomène générique pour des bulles de recirculations allongées. Le contrôle du battement basse fréquence est ensuite étudié par voie numérique suivant deux approches complémentaires. Un asservissement en boucle fermée de la dynamique de perturbation linéaire est tout d'abord proposé. Les modes d'instabilité linéaires sont utilisés afin de construire des modèles réduits de la dynamique de perturbation. Cette réduction de modèle donne lieu à des estimateurs de faible dimension capables d'estimer la dynamique et de la contrôler. Ainsi la dynamique d'instabilité linéaire peut être supprimée en couplant le système de Navier-Stokes linéarisé avec le contrôleur.Le contrôle de la dynamique non linéaire est ensuite étudié en utilisant une méthode d'optimisation Lagrangienne. Cette méthode permet de calculer les lois de contrôle à partir de la dynamique non linéaire des équations de Navier-Stokes.
Author: Thomas Duriez Publisher: Springer ISBN: 3319406248 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 229
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This is the first textbook on a generally applicable control strategy for turbulence and other complex nonlinear systems. The approach of the book employs powerful methods of machine learning for optimal nonlinear control laws. This machine learning control (MLC) is motivated and detailed in Chapters 1 and 2. In Chapter 3, methods of linear control theory are reviewed. In Chapter 4, MLC is shown to reproduce known optimal control laws for linear dynamics (LQR, LQG). In Chapter 5, MLC detects and exploits a strongly nonlinear actuation mechanism of a low-dimensional dynamical system when linear control methods are shown to fail. Experimental control demonstrations from a laminar shear-layer to turbulent boundary-layers are reviewed in Chapter 6, followed by general good practices for experiments in Chapter 7. The book concludes with an outlook on the vast future applications of MLC in Chapter 8. Matlab codes are provided for easy reproducibility of the presented results. The book includes interviews with leading researchers in turbulence control (S. Bagheri, B. Batten, M. Glauser, D. Williams) and machine learning (M. Schoenauer) for a broader perspective. All chapters have exercises and supplemental videos will be available through YouTube.
Author: Marco Martins Afonso Publisher: MDPI ISBN: 3039282123 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 210
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Turbulent transport is currently a prominent and ongoing investigation subject at the interface of methodologies from theory to numerical simulations and experiments, and it covers several spatiotemporal scales. Mathematical analysis, physical modelling, and engineering applications represent different facets of a classical, long-standing problem that is still far from being thoroughly comprehended. The goal of this Special Issue is to outline recent advances of such subjects as multiscale analysis in turbulent transport processes, Lagrangian and Eulerian descriptions of turbulence, advection of particles and fields in turbulent flows, ideal or nonideal turbulence (unstationary/inhomogeneous/anisotropic/compressible), turbulent flows in biofluid mechanics and magnetohydrodynamics, and the control and optimization of turbulent transport. The SI is open to regular articles, review papers focused on the state of the art and the progress made over the last few years, and new research trends.
Author: Dimokratis G.E. Grigoriadis Publisher: Springer ISBN: 3319632124 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 523
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This book addresses nearly all aspects of the state of the art in LES & DNS of turbulent flows, ranging from flows in biological systems and the environment to external aerodynamics, domestic and centralized energy production, combustion, propulsion as well as applications of industrial interest. Following the advances in increased computational power and efficiency, several contributions are devoted to LES & DNS of challenging applications, mainly in the area of turbomachinery, including flame modeling, combustion processes and aeroacoustics. The book includes work presented at the tenth Workshop on 'Direct and Large-Eddy Simulation' (DLES-10), which was hosted in Cyprus by the University of Cyprus, from May 27 to 29, 2015. The goal of the workshop was to establish a state of the art in DNS, LES and related techniques for the computation and modeling of turbulent and transitional flows. The book is of interest to scientists and engineers, both in the early stages of their career and at a more senior level.
Author: Alfio Quarteroni Publisher: Springer ISBN: 3319154311 Category : Mathematics Languages : en Pages : 305
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This book provides a basic introduction to reduced basis (RB) methods for problems involving the repeated solution of partial differential equations (PDEs) arising from engineering and applied sciences, such as PDEs depending on several parameters and PDE-constrained optimization. The book presents a general mathematical formulation of RB methods, analyzes their fundamental theoretical properties, discusses the related algorithmic and implementation aspects, and highlights their built-in algebraic and geometric structures. More specifically, the authors discuss alternative strategies for constructing accurate RB spaces using greedy algorithms and proper orthogonal decomposition techniques, investigate their approximation properties and analyze offline-online decomposition strategies aimed at the reduction of computational complexity. Furthermore, they carry out both a priori and a posteriori error analysis. The whole mathematical presentation is made more stimulating by the use of representative examples of applicative interest in the context of both linear and nonlinear PDEs. Moreover, the inclusion of many pseudocodes allows the reader to easily implement the algorithms illustrated throughout the text. The book will be ideal for upper undergraduate students and, more generally, people interested in scientific computing. All these pseudocodes are in fact implemented in a MATLAB package that is freely available at https://github.com/redbkit
Author: Mohamed Haddar Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642371434 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 653
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The 5th International Congress on Design and Modeling of Mechanical Systems (CMSM) was held in Djerba, Tunisia on March 25-27, 2013 and followed four previous successful editions, which brought together international experts in the fields of design and modeling of mechanical systems, thus contributing to the exchange of information and skills and leading to a considerable progress in research among the participating teams. The fifth edition of the congress (CMSM ́2013), organized by the Unit of Mechanics, Modeling and Manufacturing (U2MP) of the National School of Engineers of Sfax, Tunisia, the Mechanical Engineering Laboratory (MBL) of the National School of Engineers of Monastir, Tunisia and the Mechanics Laboratory of Sousse (LMS) of the National School of Engineers of Sousse, Tunisia, saw a significant increase of the international participation. This edition brought together nearly 300 attendees who exposed their work on the following topics: mechatronics and robotics, dynamics of mechanical systems, fluid structure interaction and vibroacoustics, modeling and analysis of materials and structures, design and manufacturing of mechanical systems. This book is the proceedings of CMSM ́2013 and contains a careful selection of high quality contributions, which were exposed during various sessions of the congress. The original articles presented here provide an overview of recent research advancements accomplished in the field mechanical engineering.
Author: Robert Klöfkorn Publisher: Springer Nature ISBN: 3030436519 Category : Computers Languages : en Pages : 727
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The proceedings of the 9th conference on "Finite Volumes for Complex Applications" (Bergen, June 2020) are structured in two volumes. The first volume collects the focused invited papers, as well as the reviewed contributions from internationally leading researchers in the field of analysis of finite volume and related methods. Topics covered include convergence and stability analysis, as well as investigations of these methods from the point of view of compatibility with physical principles. Altogether, a rather comprehensive overview is given on the state of the art in the field. The properties of the methods considered in the conference give them distinguished advantages for a number of applications. These include fluid dynamics, magnetohydrodynamics, structural analysis, nuclear physics, semiconductor theory, carbon capture utilization and storage, geothermal energy and further topics. The second volume covers reviewed contributions reporting successful applications of finite volume and related methods in these fields. The finite volume method in its various forms is a space discretization technique for partial differential equations based on the fundamental physical principle of conservation. Many finite volume methods preserve further qualitative or asymptotic properties, including maximum principles, dissipativity, monotone decay of free energy, and asymptotic stability, making the finite volume methods compatible discretization methods, which preserve qualitative properties of continuous problems at the discrete level. This structural approach to the discretization of partial differential equations becomes particularly important for multiphysics and multiscale applications. The book is a valuable resource for researchers, PhD and master’s level students in numerical analysis, scientific computing and related fields such as partial differential equations, as well as engineers working in numerical modeling and simulations.
Author: Gilles Tissot
Author: Gilles Tissot
Author: Pierre-yves Passaggia
Author: Thomas Duriez
Author: Marco Martins Afonso
Author: Dimokratis G.E. Grigoriadis
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Author: Alfio Quarteroni
Author: Mohamed Haddar
Author: Robert Klöfkorn
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