Modélisation et simulation par éléments finis et volumes finis d'écoulements turbulents avec prise en compte de modèles de proche paroiI

par Olivier Guerriau

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Marc Buffat.

Soutenue en 2000

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    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.


  • Résumé

    The present study contributes to the developpement of a computational method for low Mach number turbulent flows, including wall region effects. The peak production rate of turbulence and the peak turbulent intensity are located in the near-wall region. In order to distinguish the different mechanisms of production, extra ways of analysis are needed. This is especially important for numerical calculations, where the steep gradient of the turbulent dissipation rate requires high numerical resolution, typically 60 to 100 grid points across the boundary layer. The accurate numerical resolution of the viscous sublayer for complex flows has remained out of reach for a long time, because of limitations in computer power. In order to insure performance and reasonable computational time, we develop a two-layer model which introduces wall-effects into the k - ε and ui''uj" - ε models. We also analyse the influence of numerical viscosity on the prediction accuracy for low Mach number flows. Our calculations confirm the poor performance of the hyperbolic solver, because of the low accuracy from Roe-scheme approximations. A correction of this scheme, which uses the preconditioning of Turkel, leads to an improvement of the solution. Calculations of two-dimensional flows without chemistry are presented. The study of confined shear flows with or without recirculating region allows to evaluate the turbulence modelling part.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 125 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1851
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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