Une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique directe : contribution à l'étude de jets plans en impact

par Stéphane Abide

Thèse de doctorat en Thermique, énergétique, génie des procédés. Mécanique des fluides

Sous la direction de Camille Solliec et de Stéphane Viazzo.

Soutenue en 2005

à Nantes .


  • Résumé

    La simulation numérique directe des écoulements turbulents est un outil fondamental en mécanique des fluides car elle permet de connaître précisément les propriétés cinématiques de l'écoulement en tout point et à chaque instant. Cependant, en raison de la discrétisation spatiale d'ordre élevé nécessaire à la résolution de la cascade énergétique, cette approche est souvent limitée à des géométries simples. Ce travail propose une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique d'écoulements turbulents. Elle repose sur une résolution directe multidomaine en formulation vitesse/pression des équations de Navier-Stokes. La méthode proposée résout efficacement (calcul parallèle) les équations de Navier-Stokes incompressibles sur des géométries complexes, telles que des quadrangles inter-connectés, tout en conservant les propriétés de haute précision. De nombreux tests de validation sont proposés: précisions spatiale et temporelle, cavité entraînée, marche descendante et écoulement autour d'un barreau de section carrée. Une simulation numérique directe d'un écoulement turbulent dans une conduite de section carrée est également réalisée. Enfin, une part importante de ce travail concerne l'étude d'un jet plan impactant sur une surface plane et sur un obstacle parallélépipédique pour le nombre de Reynolds Re=3000. Une analyse détaillée des propriétés statistique, spectrale et structurelle est menée, afin d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques complexes de ces écoulements. Enfin, une étude du front de propagation de la température lors d'un refroidissement rapide d'une lamelle solide par un jet plan laminaire est présentée.


  • Résumé

    Direct Numerical Simulation is a powerful tool in Fluid Mechanics since it allows to describe accurately both in space and time the kinematic and dynamic features of a flow. However, due to the desirable high order discretization, this approach is often restricted to simple geometries. This work proposes a domain decomposition method dedicated to the numerical simulations of turbulent flows which is based on a direct multi-domain solution of the Navier-Stokes equations formulated in primitive variables. The method solves efficiently (parallelization) the incompressible Navier-Stokes equations on " complex " geometries, like inter-connected quadrilaterals, while preserving high order accuracy. Numerous validation test cases are proposed including space/time accuracy, the lid driven cavity, the backward facing step and the flow around a square cylinder. A Direct Numerical Simulation of a square pipe flow is also performed. For fast cooling applications, a preliminary study of the propagation front of the temperature within a thin plate by using plane laminary impinging jet is presented. Finally, an important part of this work is devoted to the study of plane jet impinging on a plane surface and a cubical obstacle for a Reynolds number equal to 3000. A detailed analysis of the statistical, spectral and structural properties of the flow is achieved to obtain a better understanding of the complex phenomena occuring in such a configuration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie p. 215-222

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005 NANT 2081
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2117
  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des techniques industrielles et des mines. Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
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