Book Description
Cette thèse a pour objectif la simulation numérique d'écoulements turbulents à l'aide d'un schéma d'éléments finis stabilisés. La méthode SUPG (Streamline Upwind Petrov Galerkin) est mise en place pour résoudre les équations de Navier-Stokes compressibles couplées au modèle turbulent de Spalart-Allmaras.
Author: Catherine Le Ribault Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 104
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Avec le développement de l'industrie aéronautique, le calcul des écoulements turbulents compressibles prend une importance grandissante. Le but de ce travail est de développer un logiciel permettant de simuler les écoulements turbulents compressibles dans des géométries complexes. Un modèle k-epsilon classique est utilise pour décrire les écoulements turbulents. Au voisinage de la paroi solide, des lois de paroi sont utilisées pour imposer les conditions aux limites à une petite distance de la frontière physique. Le modèle k-epsilon a été introduit dans une méthode mixte éléments finis/volumes finis développée pour calculer les écoulements compressibles. Pour pouvoir simuler des écoulements dans des géométries complexes, on utilise des maillages non structures. Les termes convectifs sont traites par une formulation de types volumes finis tandis que les termes visqueux et les termes sources sont discrétises par une formulation éléments finis de galerkin. L'utilisation de schémas décentres pour le calcul des termes convectifs permet d'éviter l'apparition d'instabilités dans les chocs. Les lois de paroi sont imposes a travers la formulation variation elle. Cette méthode a d'abord été validée pour des écoulements à faible nombre de mach. Des comparaisons avec l'expérience et avec des résultats provenant d'autres simulations ont été effectuées. Ensuite, la méthode a été appliquée à des écoulements supersoniques dans différentes configurations (couche de mélange, rampe de compression, choc dans une tuyère).
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Ce travail contribue au développement d'une méthode de calcul des écoulements turbulents compressibles à faible nombre de Mach avec la prise en compte d'effets de proche paroi. La région de proche paroi est le lieu où les taux de production et les maxima d'intensité de la turbulence sont les plus élevés. La distinction des différents mécanismes de production de la turbulence nécessite alors un surcroît de moyen pour l'analyse. Ceci est particulièrement vrai pour les études numériques, où le fort gradient de la dissipation de l'énergie cinétique turbulente requiert une haute résolution, typiquement de l'ordre de 60 à 100 nœuds à travers la couche limite. La résolution numérique de la sous-couche visqueuse est testée longtemps inaccessible à cause de la limitation des ressources informatiques, au moins pour les écoulements complexes. Afin d'obtenir un compromis raisonnable entre le temps de calcul, et la qualité des résultats nous développons une approche bicouche qui introduit des effets bas Reynolds dans les modèles de turbulence k - ε et ui''uj" - ε. Nous avons de plus analysé l'impact de la viscosité numérique sur la qualité des résultats pour des écoulements à faible nombre de Mach. Nos simulations confirment le comportement pathologique du solveur hyperbolique, résultant de l'approximation erronée du schéma de Roe. Une correction du schéma utilisant le préconditionnement de Turkel permet de supprimer l'excès de viscosité numérique et améliore la précision de la solution. Des résultats de simulations d'écoulements bidimensionnels non réactifs sont présentes. L'étude d'écoulements cisaillés avec ou sans recirculations dans des configurations académique et industrielle donnent lieu à une évaluation précise des modèles développés.
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LES METHODES NUMERIQUES CLASSIQUES, BIEN QUE ROBUSTES ET EFFICACES, PEUVENT DEVENIR COUTEUSES LORS DE LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS COMPLEXES. L'OBJET DE CE TRAVAIL EST LE DEVELOPPEMENT DE DIFFERENTES APPROCHES DE TYPE MULTIGRILLE POUR ACCELERER LE CALCUL DES SOLUTIONS STATIONNAIRES DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES MOYENNEES. ON COMMENCE PAR UN BREF RAPPEL DES PRINCIPES DE LA MODELISATION DE LA TURBULENCE ET DE LA METHODE NUMERIQUE ADOPTEE (FORMULATION MIXTE VOLUMES FINIS - ELEMENTS FINIS), PUIS ON DEVELOPPE UNE METHODE MULTIGRILLE LINEAIRE PAR AGGLOMERATION DE VOLUMES. CETTE METHODE PSEUDO-INSTATIONNAIRE EST APPLIQUEE A LA RESOLUTION D'ECOULEMENTS COMPLEXES BIDIMENSIONNELS ET MONTRE UNE BONNE EFFICACITE MEME POUR DES GEOMETRIES DE TYPE INDUSTRIEL (STATO-REACTEUR). DANS UNE SECONDE APPROCHE STATIONNAIRE, ON RESOUD LES EQUATIONS INITIALES SUR LES DIFFERENTS NIVEAUX. ELLE PERMET DE S'AFFRANCHIR DE CERTAINES LIMITATIONS SUR LE PAS DE TEMPS, CARACTERISTIQUES DE LA PHASE INITIALE DES METHODES PSEUDO-INSTATIONNAIRES. CES DEUX ALGORITHMES MULTIGRILLES SONT COMPARES AU TRAVERS D'APPLICATIONS CARACTERISTIQUES (COUCHE DE MELANGE, PROFIL D'AILE,). LA TROISIEME APPROCHE, S'INSPIRANT DE L'ALGORITHME STATIONNAIRE PRECEDENT CONSISTE A INITIALISER LE CALCUL A PARTIR D'UNE SOLUTION OBTENUE SUR UNE DISCRETISATION PLUS GROSSIERE. CETTE DERNIERE METHODE SE REVELE PLUS EFFICACE QUE LES PRECEDENTES ET TOUT AUSSI BIEN ADAPTEE AUX CALCULS COMPLEXES INDUSTRIELS
Author: Bernard Marquez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 232
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L'objectif de ce travail est d'étendre un code industriel, résolvant les équations de Navier-Stokes stationnaires moyennées (RANS), à l'instationnaire puis à la simulation des grandes échelles (LES). Une approximation éléments finis en espace fondée sur la formulation Galerkin/Moindres Carrés est utilisée. L'intégration temporelle est assurée par un schéma explicite Runge Kutta à quatre pas. Les différentes formulaions spatiales et le schéma en temps sont décrits, analysés sur l'équation d'advection monodimensionnelle, puis validés sur des calculs d'amplification temporelle d'instabilités (couche de mélange et couche limite bidimensionnelles). Le modèle de Smagorinsky et une variante sélective sont implémentés. La validation des méthodes numériques et des différents modèles de sous-maille est effectuée sur des simulations de turbulence homogène isotrope et de couches de mélange temporelles tridimensionnelles à différents nombres de Reynolds. L'application finale est l'étude de l'effet d'un jet supersonique sur une couche de mélange plane confinée subsonique supersonique. Les résultats des différentes simulations des grandes échelles sont comparés à une expérience réalisée au CEAT de Poitiers ainsi qu'avec des simulations moyennées k-e.
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L'objectif de cette étude est de simuler numériquement le comportement des écoulements turbulents dilatables par la méthode des éléments finis. Le choix de la méthode a été adopte pour divers aspects numériques, entre autres sa capacité à décrire les géométries complexes. Après traitement statistique des équations de conservation de la masse, quantité de mouvement et l'équation d'énergie, l'analyse conduit naturellement au problème de fermeture des termes traduisant les effets de compressibilité. Tout d'abord quelques approximations de base ont été introduites afin d'analyser les termes lies aux fluctuations de masse volumique. Ensuite deux types de modélisation ont été établis pour le terme traduisant l'effet d'interaction entre les fluctuations de masse volumique et le gradient de pression moyenne. L’étude montre entre autres, le rôle joue par ce gradient pour les écoulements pesants. Enfin, l'insuffisance du modèle classique (k-) (base sur des scalaires dont aucun n'est représentatif de l'anisotropie) nous a conduit à formuler un modèle algébrique simple tenant compte de l'effet anisotrope de la gravite sur la turbulence. Les applications traitées concernent l'épanouissement d'un jet chaud dans l'atmosphère au repos et l'étude du comportement de la couche atmosphérique cinématique et thermique. Les résultats obtenus ont été confrontes a des expériences ou a des calculs tires de littérature
Author: Antonio Cesar Pinho Brasil Junior Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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Dans différents procédés industriels on retrouve le problème de base du mélange de deux fluides. Les caractéristiques complexes des écoulements internes dans les dispositifs de mélange utilises justifient fortement l'utilisation de la simulation numérique, qui doit allier des méthodes numériques performantes et des modèles de turbulence adaptes pour une description précise des phénomènes de transfert de masse ou de chaleur pendant le processus de mélange. L’objectif principal de ce travail est ainsi d'étudier des modèles de turbulence applicables aux situations de mélange industriel. On propose, en outre, une implantation numérique sous la forme d'un code de calcul applicable aux géométries complexes tridimensionnelles. En ce qui concerne le calcul hydrodynamique, on propose l'utilisation du modèle de turbulence a deux équations k- dans un contexte d'écoulement tridimensionnel. On évalue aussi quelques modifications de ce modèle pour le cas ou une rotation d'ensemble agit sur le champ turbulent. Concernant la modélisation du transport scalaire, deux types d'approche sont étudiés à savoir: une approche eulérienne classique avec fermeture au premier ordre, et une autre approche de type lagrangien-stochastique dont l'utilisation est un peu moins classique dans ce type de situation. Face aux géométries complexes qu'on retrouve dans les problèmes de mélange industriel, on a choisi une approche numérique s'appuyant sur la méthode des éléments finis. Un ensemble de résolution de problèmes hydrodynamiques et thermiques est présenté pour lesquels un nombre important d'informations d'origine expérimentale est disponible. On s'intéresse notamment a la résolution d'un problème complexe de mélange dans une situation de jet turbulent tridimensionnel pénétrant perpendiculairement dans une couche limite
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Dans la deuxième partie les écoulements turbulents ont été traites. Ce sont les écoulements de couette-poiseuille, l'écoulement sur une marche descendante et l'écoulement sur une bosse. Les écoulements de couette-poiseuille (réalisés expérimentalement a bas nombre de Reynolds) ont permis de valider nos codes. Les résultats obtenus avec un modèle k-epsilon (modèle de chien) ont été confrontés aux résultats expérimentaux ainsi qu'aux résultats des modèles de turbulence au second ordre. En résumé, les profils de vitesse du modèle k-epsilon sont en bon accord avec l'expérience. En revanche, le modèle k-epsilon ne prédit pas suffisamment bien l'énergie turbulente. Le bilan des termes de l'équation pour k a mis en évidence la diversité des phénomènes qui se produisent au cours de l'établissement de ces écoulements. Concernant l'écoulement sur la marche (réalise expérimentalement à grand nombre de Reynolds), le calcul a montré que le modèle à bas nombre de Reynolds n'améliore pas d'une façon significative la longueur de recollement par rapport à un traitement par des fonctions de paroi. Finalement, pour l'écoulement sur une bosse le calcul a mis en lumière le problème de précision des éléments non-rectangulaires q1p0 ainsi que l'inaptitude du modèle k-epsilon à prédire correctement l'énergie turbulente dans des zones de forte recompression.
Author: JOSE LUIS.. ALVENS DA FONTOURA RODRIGUES Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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ON PRESENTE UNE METHODE DE MINIMISATION APPLIQUEE AU CALCUL DES CONDITIONS AUX LIMITES PARIETALES POUR DES ECOULEMENTS TURBULENTS BIDIMENSIONNELS. LA DISCRETISATION EN TEMPS DU SYSTEME D'EQUATIONS EST OBTENUE PAR UNE APPROXIMATION DU PREMIER ORDRE DE LA DERIVEE TEMPORELLE, BASEE SUR UN SCHEMA DE DIFFERENCES FINIES DU TYPE SEMI-IMPLICITE SEQUENTIEL. LA DISCRETISATION SPATIALE EST OBTENUE GRACE A UNE METHODE D'ELEMENTS FINIS P1/ISOP2. LA TECHNIQUE DE MINIMISATION D'ERREUR, EMPLOYEE POUR LE CALCUL DES CONDITIONS AUX LIMITES, EST OBTENUE A PARTIR D'UNE METHODE DE RESIDU MINIMAL. TROIS LOIS DE PAROI DIFFERENTES SONT TESTEES: LA PREMIERE EST LA LOI LOGARITHMIQUE CLASSIQUE ET LES DEUX AUTRES PERMETTENT DE PRENDRE EN COMPTE L'EXISTENCE DE GRADIENTS ADVERSES DE PRESSION. DES RESULTATS NUMERIQUES RELATIFS A TROIS CONFIGURATIONS DE BASE (ELARGISSEMENT BRUSQUE PLAN, DIFFUSEURS PLANS ET AXISYMETRIQUE) ET A UNE CONFIGURATION PLUS INDUSTRIELLE CONCERNANT L'ECOULEMENT AUTOUR D'UNE TETE DE CHAMBRE DE MOTEUR D'AVION, SONT COMPARES AUX RESULTATS DE LA LITTERATURE
Author: Christelle Wervaecke![Simulation d'écoulements internes compressibles laminaires et turbulents par une méthode d'éléments finis [microforme] PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/b70iQwAACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Ali Rebaïne
Author: Catherine Le Ribault
Author: Olivier Guerriau
Author: Gilles Carré
Author: Bernard Marquez
Author: Abdeljalil Laassibi
Author: Antonio Cesar Pinho Brasil Junior
Author: Siamak Kazemzadeh Hannani
Author: JOSE LUIS.. ALVENS DA FONTOURA RODRIGUES