Développement d'un schéma numérique basée sur la méthode Boltzmann sur réseaux pour la modélisation de flammes avec production et transport de nano-particules

par Seyed ali Hosseini

Projet de thèse en Énergétique

Sous la direction de Nasser Darabiha.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec  Université Otto von Guericke de Magdebourg , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec EM2C - Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La production de nano particules dans des flammes turbulentes est caractérisée par des phénomènes physiques complexes. Leur description nécessite le développement d'approches numériques à la fois efficaces et adaptées aux modèles mathématiques associés. Depuis une trentaine d'années, la méthode Boltzmann sur réseaux, en partie basée sur une version tronquée (dans l'espace phase) du formalisme de Boltzmann, a émergée comme une alternative efficace aux approches classiques de modélisation d'écoulement, spécialement dans le contexte des écoulements à faibles nombres de Mach. La méthode Boltzmann sur réseaux a été étendue à un vaste domaine d'application durant les deux décennies précédentes, mais les études sur sa possible extension à la modélisation de la combustion restent limitées. Le schéma original de cette méthode ayant été développé pour des écoulements isothermes et faiblement compressibles, son extension à la modélisation de la combustion nécessite le développement de modèles pour le transport d'énergie, d'espèces et de nano particules. Ces modèles doivent garantir la localité des opérations de mise-à-jour des champs ainsi que la scalabilité propre à cette méthode numérique, tout en étant physiquement corrects. L'objectif de ces travaux de thèse est de développer des algorithmes physiquement corrects et efficaces basés sur la méthode Boltzmann sur réseaux adaptés à la simulation de flammes turbulentes de grandes échelles avec production et transport de nano particules.

  • Titre traduit

    Development of a lattice Boltzmann-based numerical scheme for modeling turbulent flames for the production and transport of nano particles


  • Résumé

    The production of nano particles in turbulent combustion systems is characterized by complex physical phenomena. Their description needs the development of adequate and efficient numerical approaches for the corresponding physical models. Since thirty years, the lattice Boltzmann (LB) method, partly based on a truncated (in phase-space) version of the full Boltzmann formalism, has emerged as an efficient alternative to classical numerical tools for fluid flow simulation, especially within the context of low Mach number flows. Although extended to a wide net of applications, e.g. multi-phase flows, non-Newtonian flows etc, it has seldom been studied for possible use in combustion. The classical LB algorithms having been developed for single species iso-thermal and weakly-compressible flows, usage of the lattice Boltzmann method for turbulent combustion requires the development of additional models for species, energy and nano particle transport. These models should not diminish the locality of time-evolution operations and the algorithms innate scalability, while satisfying physical constraints. The aim of the present work is to develop physically sound and computationally efficient lattice Boltzmann algorithms to model large scale turbulent flames with nano particles production and transport.