Etude théorique et numérique des écoulements cisaillés libres à masse volumique fortement variable

par Nicolas Lardjane

Thèse de doctorat en Énergétique. Mécanique des fluides

Sous la direction de Iskender Gökalp.

Soutenue en 2002

à Orléans .

mots clés

• Simulation par ordinateur
• Compressibilité
• Écoulement cisaillé

Résumé

L'objet de ce travail concerne l'application de la méthode de simulation des grandes échelles, ou LES, au mélange de deux fluides présentant des propriétés thermodynamiques différentes. Le caractère fondamental de nos recherches a rendu nécessaire le développement d'outils numériques adaptés. Tout d'abord, l'origine des erreurs numériques liées à la discrétisation des équations de Navier-Stokes ainsi que leur interaction avec un modèle sous-maille ont été étudiées pour une turbulence homogène et isotrope en auto-amortissement. La formulation des coefficients de transport du cas bi-espèces a également été examinée. Un code de calcul à haut pouvoir de résolution a alors été développé pour réaliser la simulation numérique directe, ou DNS, de couches de mélange bi-espèces. L'amplitude des ondes acoustiques initiales du cas H2O/O2, générées par la condition initiale décrivant la couche de mélange, a été réduite grâce au développement d'une solution en similitude temporelle. Les résultats de l'analyse de stabilité linéaire de ce profil ont permis, entre autre, de valider le code numérique. L'importance relative des termes sous-maille issus des équations de Navier-Stokes filtrées a ensuite été mesurée à partir du filtrage explicite des champs DNS des couches de mélange temporelles N2/O2 et H2/O2. L'utilisation d'une fermeture implicite, autour d'un schéma numérique dissipatif, a finalement été évoquée.

Titre traduit

Theoretical and numerical study of free shear flows with large density ratio

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