Simulation numérique aéroacoustique d'écoulements par une approche LES d'ordre élevé en éléments finis non structurés

par Pierre Yser

Thèse de doctorat en Aéroacoustique

Sous la direction de Christophe Bailly.

Soutenue le 26-01-2017

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec École centrale de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Ecully, Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était Christian Tenaud.

Le jury était composé de Christophe Bailly, Sébastien Barré, Eric Manoha, Pierre Sagaut.

Les rapporteurs étaient Jan Delfs, Paola Cinnella.


  • Résumé

    Cette thèse vise à améliorer la précision numérique des simulations aéroacoustiques d’écoulements dans un contexte précis, celui du cadre industriel avec un partenariat Dassault Aviation. Pour répondre à cette problématique, la modélisation aux grandes échelles est utilisée afin de la rendre plus efficace et adaptée à la méthode numérique des éléments finis stabilisée par SUPG/GLS. Afin de préciser la méthode numérique, une première partie est consacrée à la formulation théorique et pratique du code AETHER utilisé. La précision des schémas numériques spatial et temporel est aussi présentée. L’idéologie principale issue de la famille des modèles Variational Multi-Scale a été retenue afin de construire le nouveau modèle de sous-maille. En effet, une précédente thèse avait démontré la pertinence de ce type d’approche pour les éléments finis. Même si le cadre est applicatif, cette thèse propose une réflexion générale sur le filtrage numérique en éléments finis ainsi qu’un nouveau procédé pour filtrer le plus efficacement l’écoulement calculé. Cette nouvelle approche de filtrage est particulièrement bien adaptée aux éléments finis et à la montée en ordre spatial. Un modèle hybride de gestion des parois est aussi développé afin de pouvoir utiliser le nouveau modèle de sous-maille dans des configurations complexes comprenant des surfaces solides. Le processus de filtrage est testé sur le cas académique des tourbillons de Taylor-Green et présente un réel gain. Enfin le modèle global est utilisé pour calculer une configuration industrielle de tri-corps hypersustenté nommée LEISA II. Grâce au nouveau modèle proposé et validé par les résultats expérimentaux, il a été possible de fournir des interprétations physiques pointues sur le comportement complexe de l’écoulement du bec et du bruit qu’il génère. Cette dernière partie est une illustration pertinente de l’utilisation des modèles aux grandes échelles pourtant coûteux, et cela même dans un contexte industriel.


  • Résumé

    The goal of this thesis is to improve the numerical accuracy for aeroacoustic flow simulations in a given scope, that is an industrial application for a partnership with the aircraft company Dassault Aviation. These works are then looking for a new large eddy simulation (LES) model which is efficient and well suited for the finite element formulation and the SUPG/GLS stabilisation method. In order to clarify the scientific environment and numerical tools, a first part is devoted to the theoretical and practical framework of the AETHER code. The spatial and temporal performances of its numerical schemes are assessed too. The philosophy of the Variational Multi-scale models has been selected to build an improvement for the new subgrid model. Indeed, a previous thesis had already demonstrated the relevance of this kind of models especially for the finite element method. Despite the industrial framework, a general reflection on the numerical filtering in finite elements is suggested and a new filtering process is developed in order to sort efficiently the scales of the simulated flow. This new filtering method is especially well fitted to finite element simulations and the high spatial order schemes. An hybrid model has been developed too in order to be able to use the new VMS model in complex configurations involving solid bodies. The filtering process is assessed on an academic case called Taylor-Green vortices and shows a real benefit compare to classical approaches. Finally the whole model is used to compute an industrial configuration, a three-element high-lift device called LEISA II. Thank to the validation of the new model with the experimental results, it has been possible to find accurate explanations about the complex flow behaviour of the slat and its noise generation. This last part is a relevant demonstration of the LES models use in the industrial world even if they are still costly in computation ressources.


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Informations

  • Sous le titre : Simulation numérique aéroacoustique d'écoulements par une approche LES d'ordre élevé en éléments finis non structurés
  • Détails : 1 vol. (237 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 229-237
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