Performances des modèles de turbulence au second ordre appliqués à des configurations axisymétriques simulées par éléments finis

par Pascal Debaty

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Denis Jeandel.

Soutenue en 1994

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    L'étude de la modélisation des phénomènes physiques régissant un écoulement turbulent incompressible est le principal objectif de ce travail. Les performances de divers modèles de turbulence en un point sont ici évaluées. Dans ce cadre d'approximation, le traitement statistique des équations de Naviers-Stokes engendre des moments inconnus d'ordre deux (tensions de Reynolds). Deux approches de ces moments sont envisagées: relations a des propriétés locales de l'écoulement (modèle k-), équations constitutives (modèles au second ordre) dont plusieurs termes nécessitent modélisation. En ce qui concerne les corrélations entre la pression et les déformations, le modèle quasi isotrope de Launder, Reece et Rodi, et le modèle d'isotropisation de la production sont ici utilisés. L'approche numérique repose sur une discrétisation en temps semi-implicite et sur une discrétisation en éléments finis de type p1/p1isop2. L'implémentation est réalisée en coordonnées cartésiennes bidimensionnelles et cylindriques. La géométrie est décomposée en éléments triangulaires. En outre, les zones de proche paroi sont traitées à l'aide de lois d'équilibre, dans lesquelles des effets de la viscosité laminaire sont ici intégrés. Les simulations de jets libres ou en impact sur paroi, d'une marche, d'un écoulement représentatif de l'admission dans un moteur mettent en évidence la supériorité de la modélisation au second ordre, bien qu'encore imparfaite, sur le modèle k-: meilleure description des mécanismes de production, de redistribution de l'énergie entre les tensions de Reynolds, des effets d'une paroi sur la turbulence cependant, la non universalité et quelques lacunes des modèles testés sont constatées. Ainsi, certaines fermetures peuvent être écartées. Des axes de recherche ou d'approfondissement de la modélisation de certains mécanismes physiques régissant la turbulence sont, de plus, définis.

  • Titre traduit

    Second order turbulence models applied to the simulation of bidimensional and axisymetric flows (using a finite elements method)


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