Développements et applications de la méthode SPH aux écoulements visqueux à surface libre

par Jean-Marc Cherfils

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Elie Rivoalen.

Soutenue en 2011

à Le Havre .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur le développement, la validation et l'application d'un code de calcul numérique à surface libre. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est une methode particulaire, Lagrangienne, imaginée à l'origine pour la simulation de corps gravitaires en astrophysique. Depuis les années 90, elle a été étendue à la modélisation d'écoulements à surface libre. En effet, lors de grandes déformations des interfaces (déferlement par exemple), l'absence de maillage est particulièrement intéressante. Cette propriété est également intéressante pour la simulation de plusieurs phases liquides aux propriétés différentes (eau / fond sédimentaire par exemple). Les applications visées sont la propogation de la houle et son interaction avec des obstacles immergés. Le modèle SPH a donc été établi en se basant sur la bibliographie et validé sur le cas de l'étirement d'une goutte en l'absence de gravité. Ensuite, la prise en compte de conditions aux limites sur des parois solides est étudiée puis appliquée à l'effondrement d'une colonne d'eau suivi d'un impact sur un mur vertical. Enfin, le modèle est étendu aux écoulements visqueux. Une nouvelle méthode de prise en compte des conditions limites de type adhérence, inspirée des frontières immergées en différences finies, a ainsi été développée. Elle autorise la simulation d'écoulements autour d'objets de formes complexes immergés dans le fluide. Le modèle est finalement appliqué à la propagation de la houle en canal et à son amortissment par une laque horizontale immergée.

  • Titre traduit

    Developments and applications of the SPH method to free surface viscous flows


  • Résumé

    This thesis focuses on the development, validation and application of a numerical tool for free surface flows. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian particle method, originally designed for the simulation of gravitational bodies in astrophysics. Since the 90s, it has been extended to model free surface flows. Indeed, in the case of a large deformation of interfaces (wave breaking), the absence of mesh is particulary intersting. This property is also interesting to compute several liquid phases with different properties (water / sediment background for example). The applications are the wave propagation and its interaction with underwater obstacles. The SPH model was theefore estabished, starting from the bibliography, and applied to the collapse of a water column, followed by an impact on a vertical wall. Finally, the model has been extended to viscous flows. A new method for no-slip boundary conditions, inspired from the Immersed Boundary Method in finite differences, has been developped. It allows the simulation of flows immersed objects with complex shapes. The model is finally applied to the waves propagation in a wave flume and its damping owing to the presence of submerged horizontal plate.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-305 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 263-292

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  • Bibliothèque : Université du Havre. Service commun de la documentation. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : STH 950
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