Numerical simulation of magnetohydrodynamic turbulence in confined domains

par Salah Neffaa

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Mécanique, physique, micro et nanoélectronique. Mécanique et physique des fluides

Sous la direction de Kai, Bernd Schneider.


  • Résumé

    Dans ce travail de thèse nous avons développé un code Fourier pseudo-spectral couplé à la méthode de pénalisation en volume pour la simulation des écoulements MHD avec des conditions de bord non-périodiques. Cette méthode a été validée avec des cas-tests classiques et académiques. Ensuite nous avons étudié l’influence du confinement avec des parois dans une configuration 2D sur la turbulence MHD en déclin. Nous avons retrouvé quatre régimes de déclin dépendant des conditions initiales. Nous nous sommes aussi intéressés au phénomène de rotation spontanée dans les géométries non-axisymétriques 2D, découvert à l’origine dans les écoulements hydrodynamiques, et nous avons montré l’influence du nombre de Reynolds et de la pression magnétique sur ce phénomène. Enfin nous avons fait un pas vers la simulation des écoulements MHD en trois dimensions spatiales. Les premiers résultats concernant la simulation d’un écoulement MHD dans un cylindre avec des conditions de bord de type Dirichlet pour la vitesse et pour le champ magnétique ont montré le bon comportement du code et laissent entrevoir de bonnes perspectives de d´eveloppement liées à l’utilisation des conditions de bord physiquement plus justifiées pour le champ magnétique.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of magnetohydrodynamic (MHD) turbulence in confined domains


  • Résumé

    In this thesis we developed a Fourier pseudo-spectral code coupled with the volume penalization for the simulation of turbulent MHD flows with non-periodic boundary conditions. This method was validated with classical and academic test-cases. Then we studied the influence of the confinement with walls in a 2D configuration for decaying MHD and we found four decaying regimes which depend on the initial conditions. We also discussed the phenomenon of spontaneous rotation, or spin-up, in 2D non-axisymmetric geometries, originally discovered in hydrodynamic flows. We showed the influence of the Reynolds number and the magnetic pressure on this phenomenon. Finally, simulations of MHD flows in wall bounded three-dimensional domains were addressed. The first results concerning the simulation of decaying MHD turbulence in a cylinder imposing Dirichlet boundary conditions for both the velocity and the magnetic field showed the validity of the code and suggest good prospects for developing more physically justified boundary conditions for the magnetic field.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. [132]-139

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