Formulations temporelle et fréquentielle pour la simulation numérique d'écoulements transsoniques en oscillations forcées

par Sandrine Labit

Thèse de doctorat en Sciences Mécaniques, Acoustique, Electronique et Robotique

Sous la direction de Michel Dudeck et de Jean-Camille Chassaing.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    L'ensemble des travaux de thèse se place dans le cadre du projet de recherche ANR (Agence Nationale de la Recherche) CapCAO (Conception Assistée par Paramétrisation pour une Conception Aéroélastique Optimisée). L'objectif principal est de procéder à la simulation numérique un écoulement transsonique perturbé par mécanisme de forçage extérieur tout en réduisant le temps de calcul par rapport aux approches conventionnelles. Les deux axes retenus pour répondre à cette problématique reposent sur la formulation du problème instationnaire. Les équations de Navier-Stokes linéarisées en temps se basent sur le calcul explicite des matrices jacobiennes des flux. Elle sont alors résolues sans l'utilisation d'un pseudo-temps ce qui permet d'améliorer la robustesse et la stabilité du calcul. La seconde approche retenue s'appuie sur le caractère périodique de l'écoulement en utilisant une décomposition en série de Fourier de la réponse du fluide à l'excitation mécanique imposée. La méthode d'équilibrage harmonique est étendue aux cas des maillages mobiles. Les capacités de prédiction des deux méthodes sont analysées et discutées au moyen de différentes comparaisons avec un solveur instationnaire non linéaire et des résultats expérimentaux obtenus sur la tuyère VM100 du KTH (Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden). Deux types d'excitation sont utilisées, une perturbation de contre-pression à l'aide d'une came elliptique en sortie et une bosse vibrante présente sur la paroi basse de la tuyère. Le temps de calcul est divisé par deux ou trois ordres de grandeur avec la méthode linéarisée et par un ordre de grandeur dans le cas de la méthode d'équilibrage harmonique.

  • Titre traduit

    Formulations temporal and fréquentielle for the digital simulation of drainages transsonics in forced oscillations


  • Résumé

    This thesis is a part of an ANR project (French National Agency for the Research) named CapCAO (Assisted Conception by Parameterization for Aeroelastic Optimised Conception). The main aim is to modelize a transonic flow perturbated by a forced excitation and reduce the time necessary to the calculation. Two axes are retained to obtain this result, the first one uses the time linearized formulations and the second one is the harmonic balance method. The linearized Navier-Stokes equations are based on the explicit evaluation of the flux jacobian matrices. These equations are solved without a pseudo time in order to improve the robustness and the stability. The second approach is based on a Fourier decomposition on the flow response to the mecanical excitation. The resulting harmonic balance approach reveals a new term compared to the stationary equations due to the spectral derivativ operator. This observation permit us to re-use the steady solver to develop the harmonic balance one. The harmonic balance method is extended the moving mesh configuration, that creates a second supplementary source term in the equations. The two methods are compared and validated with an unsteady non-linear solver and the experimental results obtained on the VM100 transonic wind tunnel facility (KTH). Two excitations mecanism are considered, a perturbated back-pressure created by a rotating elliptical cam and a vibrating bump located on the lower wall of the nozzle. The time necessary to obtain a converged result is divide by three order of magnitude if we use the linearized method and by one order of magnitude for the harmonic balance method.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-230 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.219-230. Index

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  • Cote : T PARIS 6 2013 752
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