Modélisation et simulation d'écoulements turbulents fortement chargés en particules: modélisation statistique et méthodes de moments

par Roxane Letournel

Projet de thèse en Mathématiques aux interfaces

Sous la direction de Frédérique Laurent-nègre, Marc Massot et de Aymeric Vie.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale de mathématiques Hadamard , en partenariat avec FDM - Fédération de Mathématiques - FR CNRS 3487 (laboratoire) , Analyse numérique (equipe de recherche) et de CentraleSupélec (référent) depuis le 01-11-2018 .


  • Résumé

    La capacité de modéliser, simuler et prédire les écoulements turbulents de gouttelettes de combustible est un enjeu crucial pour des applications comme les moteurs à combustion interne ou les foyers aéronautiques. De plus, le caractère hautement multi-échelles de ces écoulements nécessite des méthodes de réduction comme la simulation aux grandes échelles, afin que de tels modèles puissent être simulés. De nombreuses stratégies de simulation existent dans la littérature, mais sont limités en terme de prédiction de l'impact de la phase dispersé (les gouttelettes) sur la phase continue (le gaz porteur). En se basant à la fois sur des outils poussés de modélisation de la turbulence et de théorie cinétique, des processus stochastiques, des méthodes de moments et des méthodes numériques avancées, l'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau modèle fluide couplé cohérent, ainsi que des schémas numériques adaptés permettant de décrire et simuler un écoulement gaz-gouttes turbulent dans un contexte LES. Cela passe par trois étapes : le développement d'un modèle stochastique couplé gaz-particules, la dérivation d'une description de type cinétique associée et la construction d'une méthode de moments avec le développement de schémas numériques adaptés. Cette thèse bénéficiera d'une équipe d'encadrement hautement multidisciplinaire, assurant le lien entre les enjeux industriels concrets de simulation avec des problématiques avancées de mathématiques appliquées et de modélisation.

  • Titre traduit

    Modeling and simulation of strongly-coupled turbulent particulate flows


  • Résumé

    The ability to model, simulate and predict turbulent fuel droplet flows is a critical issue for applications such as internal combustion engines or aircraft fireplaces. In addition, the highly multi-scale nature of these flows requires reduction methods such as large-eddy simulation, so that such models can be simulated. Many simulation strategies exist in the literature, but are limited in terms of predicting the impact of the dispersed phase (droplets) on the continuous phase (carrier gas). Based on advanced turbulence modelling and kinetic theory tools, stochastic processes, moment methods and advanced numerical methods, the objective of this thesis is to propose a new coherent coupled fluid model, as well as adapted numerical schemes to describe and simulate turbulent gas-droplet flow in an LES context. This involves three steps: the development of a coupled stochastic gas-particle model, the derivation of an associated kinetic type description and the construction of a moment method with the development of suitable numerical schemas. This thesis will benefit from a highly multidisciplinary management team, ensuring the link between concrete industrial simulation issues and advanced applied mathematics and modelling issues.