Simulation numérique de l'écoulement visqueux autour d'un navire soumis à une houle quelconque

par Romain Luquet

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Alain Clément et de Lionel Gentaz.

Soutenue en 2007

à Nantes .


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce manuscrit est dédié au développement d’un outil numérique destiné à la simulation de l’écoulement visqueux autour de structures marines soumises à une houle quelconque. Ce type de simulations est difficilement accessible par les codes de calcul fondés sur la résolution des équations de Navier-Stokes et c’est pour surmonter cette incapacité qu’une nouvelle formulation nommée par la suite SWENSE (Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations) est développée ici en modifiant le problème initial pour ne résoudre que le champ diffracté en fluide visqueux. Cela consiste à décomposer les inconnues principales du problème en la somme d'un terme incident et d'un terme diffracté. Les termes incidents étant connus explicitement par l’intermédiaire d’un modèle potentiel non-linéaire, les termes diffractés sont alors calculés grâce aux équations SWENSE. Deux modèles de champ incident sont mis en œuvre : la méthode de Rienecker et Fenton pour les houles régulières non-linéaires et la méthode HOS (High-Order Spectral) pour tous les autres cas de houles non-déferlantes. La méthode de décomposition du champ est validée par comparaison à des codes de calcul potentiels et Navier-Stokes ainsi qu’à des données expérimentales. Les applications portent sur des carènes de navire (DTMB, Série60, Wigley) et des structures offshores (colonne circulaire verticale, TLP) pour diverses conditions de houle incidente allant de la houle régulière au paquet de vagues focalisé. Les résultats obtenus montrent la capacité de la méthode de traiter, en hypothèse de fluide visqueux, les interactions avec des houles complexes, tout en diminuant sensiblement le temps de calcul.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of the viscous flow around a ship in complex waves


  • Résumé

    The present work is dedicated to the development of a numerical tool intended for the simulation of the viscous flow around marine structures in complex waves. This type of simulations is still difficult to reach by the numerical models based on the resolution of the Navier-Stokes equations and to overcome this incapacity, a new formulation named thereafter SWENSE (Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations) is developed here by modifying the initial problem to solve only the diffracted field. That consists in splitting the variables of the problem into the sum of an incident term and a diffracted term. The incident terms being known explicitly via a non-linear potential model, the diffracted terms are then calculated thanks to the SWENS equations. Two models are implemented to obtain the incident field : the Rienecker and Fenton method for the non-linear regular waves and the HOS (High-Order Spectral) method for all the other cases of waves. This new approch is validated by comparison with other codes based on inviscid assumption or Navier-Stokes equations like with experimental data. The code is applied on ships (DTMB, Série60, Wigley) and offshore structures (vertical circular column, TLP) for various conditions of incident waves from regular waves to a focused wave packet. The results obtained show the ability of the method to simulate, in assumption of viscous fluid, the interaction with complex waves. Moreover, the CPU time is significantly decreased.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIV-176 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 169-176. Index

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 NANT 2048
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.2205 bis
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