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Exemples de recherches en modélisation physique dans Trio_U
 Simulation des grandes échelles (SGE) des écoulements monophasiques : enjeux et recherches

La simulation des grandes échelles (SGE ou LES en anglais pour Large-Eddy Simulation) propose une voie intermédiaire entre les approches moyennées RANS et l’approche directe SND.

Contrairement à l’approche RANS, La SGE permet d’accéder aux grandeurs fluctuantes des écoulements sans recourir comme la SND, à la résolution de toutes les échelles spatio-temporelles ; les effets des petites échelles non résolues (dites « filtrées ») sur les plus grandes étant alors modélisés.

Les différentes modélisations proposées en SGE (modèle de Smagorinsky, WALE, fonction de structure …) posant comme condition première le caractère isotropique de l’écoulement au niveau des plus petites structures résolues, une telle approche nécessite l’utilisation d’une discrétisation particulièrement fine.

En pratique sur des cas industriels, et malgré l’utilisation de maillages constitués de plusieurs millions d’éléments, la condition d’isotropie énoncée précédemment est inabordable du point de vue du coût numérique (CPU) au voisinage des parois.

Ainsi, les parois, zones de production de la turbulence (caractérisées par des structures cohérentes de très petites dimensions, appelées streaks en anglais (voir image ci-dessus)) sont donc traitées dans le contexte industriel suivant une discrétisation bien supérieure à la taille de ces structures.

Le caractère « universel » des modèles SGE ne pouvant correctement rendre compte de la topologie particulière de l’écoulement dans de telles zones, une modélisation spécifique doit être mise en œuvre en paroi pour tenter de reproduire au mieux les effets de la paroi sur le reste de l’écoulement. Ceci s’effectue par l’intermédiaire de modèles appelés : lois de parois.

Lois de paroi en SGE monophasique

 Recherche en simulation numérique des écoulements à interfaces

A l’échelle la plus locale, un écoulement diphasique est constitué de phases monophasiques séparées par des interfaces mobiles. La simulation numérique directe de ces écoulements consiste à simuler numériquement toutes les échelles spatio-temporelles de l’écoulement. En particulier, toutes les inclusions (bulles ou gouttes) de l’écoulement sont décrites individuellement. En comparaison à la simulation numérique des écoulements monophasiques, la difficulté principale réside dans le suivi des interfaces mobiles. Plusieurs méthodes numériques permettent un tel suivi. Parmi ces méthodes, deux sont plus particulièrement étudiées et développées dans le cadre du projet Trio_U : la méthode d’interface diffuse et la méthode « Front-Tracking ». Quelle que soit la méthode, le but poursuivi est de disposer d’une méthode qui soit à la fois précise et performante dans le sens où elle permet de simuler des écoulements complexes avec la présence de plusieurs inclusions.

Cette contrainte est liée à la vocation industrielle des applications visées. En effet, le développement des méthodes de simulation numérique directe s’inscrit dans une démarche multi-échelles de modélisation des écoulements diphasiques. Les seuls modèles diphasiques pouvant être utilisés pour l’étude de dispositifs industriels sont les modèles moyennés (en espace, en temps ou statistiquement). Comme tout modèle moyenné, ils doivent être fermés. Déterminer ces fermetures est un enjeu majeur, notamment dans des situations physiques complexes telles que l’ébullition pariétale à fort flux. La simulation numérique directe est un outil particulièrement attractif à cet égard car elle permet d’avoir accès à toutes les informations locales nécessaires à la validation ou au développement des fermetures des modèles moyennés.

Dans cette perspective, les principales voies de recherche consistent à construire des méthodes numériques performantes et, grâce à elles, à étudier et modéliser, d’une part, les interactions entre interfaces et turbulence et, d’autre part, les écoulements avec changement de phase liquide-vapeur.

Simulation des écoulements à interfaces

TRIO U - Mise à jour : 15/09/2009 18:35:15 - Mentions Légales
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