Développement de méthodes de simulation haute précision et « tout régime » pour les écoulements de fluides, applications en astrophysique et aux écoulements diphasiques

par Rémi Bourgeois

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Pascal Tremblin.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de Astronomie et Astrophysique d'Ile de France , en partenariat avec Mdls - Maison de la Simulation (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 28-02-2021 .


  • Résumé

    Les méthodes standards de simulation d'écoulements qui sont utilisées pour la capture de phénomènes compressibles comme les chocs ne sont malheureusement pas adaptées pour les écoulements présentant des régimes de Mach très variés. En effet, dans le régime faible Mach, la précision de ces méthodes ne permet pas de capturer correctement le comportement des écoulements pour des résolutions de maillage utilisable en pratique. Nous proposons d'utiliser des méthodes numériques innovantes dites 'tout régime' et de les adapter à l'ordre élevé pour obtenir une grande précision pour des cas d'application en astrophysique et pour les écoulements diphasiques liquide/vapeur. Ces travaux seront implémentés dans un code adapté aux nouvelles architectures pour le calcul haute performance (CPUs, GPUs, manycoeurs). Les applications visées sont la convection diabatique dans les atmosphères d'exoplanètes (Tremblin et al. 2019) et le problème du coup de bélier ('water hammer') pour les écoulements liquide/vapeur. Cea deux applications, qui se situent dans des contextes très différents, ont en commun la nécessité de simuler avec précision des écoulements présentant à la fois des mouvements convectifs lents et des phénomènes compressibles (e.g. stratification), voir des chocs. Dans les deux cas, l'approche 'tout régime' permet d'espérer des progrès significatifs et la haute précision peut être atteinte grâce à l'ordre élevé.

  • Titre traduit

    Development of a high precision and “all regime” numerical scheme for fluid dynamics, applications in astrophysics and two-phase flows


  • Résumé

    The standard methods used to capture compressible phenomena such as shocks in hydrodynamic simulations are unfortunately not suitable for flows with very different Mach regimes. Indeed, in the low-Mach regime, the precision of these methods does not allow to correctly capture the flow behavior for mesh resolutions that can be used in practice. We propose to use innovative numerical methods called 'all regime' and to adapt them to high order to obtain a high precision for applications in astrophysics and for two-phase liquid / vapor flows. These works will be implemented in a code adapted to the new architectures for high performance computing (CPUs, GPUs, manycoeurs). The targeted applications are diabatic convection in exoplanet atmospheres (Tremblin et al., 2019) and the water hammer problem for liquid / vapor flows. These two applications, which are in very different contexts, have in common the need to accurately simulate flows with both slow convection and compressible phenomena (e.g. stratification), up to shocks. In both cases, the 'all-regime' approach allows significant progress to be made and high precision can be achieved through high order.