Thèse soutenue

Une méthode multidomaine parallèle pour les écoulements incompressibles en géométries cylindriques : applications aux écoulements turbulents soumis à la rotation
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Auteur / Autrice : Romain Oguic
Direction : Stéphane ViazzoSébastien Poncet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et physique des fluides
Date : Soutenance le 19/10/2015
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
Jury : Président / Présidente : Richard Pasquetti
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Sagaut, Stéphane Abide
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Lamballais, Souad Harmand

Résumé

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Ce travail concerne l’étude d’écoulements incompressibles soumis à la rotation avec un solveur haute précision dans des géométries semi-complexes. La technique numérique mise en œuvre combine des schémas compacts, une méthode de projection multi domaine directe et un traitement efficace de la singularité à l’axe basé sur des conditions de parité dans l’espace de Fourier. Le solveur a été parallélisé avec une approche hybride MPI-OpenMP pour réduire les temps de calcul. Dans un premier temps, les précisions spatiales et temporelles de la méthode numérique et la scalabilité du solveur ont été vérifiées. La capacité du solveur à traiter des écoulements plus complexes a été évaluée en considérant des écoulements de type éclatement tourbillonnaire et un écoulement turbulent en conduite cylindrique. Dans un second temps, plusieurs écoulements typiques des machines tournantes ont été étudiés. Le premier écoulement est un écoulement turbulent incompressible isotherme dans un étage simplifié d’un compresseur haute pression d’une turbine à gaz. Les simulations menées ont mises en évidence l’effet de la rotation sur l’écoulement, notamment sur les instabilités se développant le long des parois et sur les différentes structures cohérentes. Le second cas traité est un écoulement turbulent de jet impactant un disque en rotation avec un fort confinement et transfert thermique. Une attention particulière a été portée sur les champs hydrodynamiques et thermique le long du rotor. Enfin, une étude préliminaire d’un jet turbulent impactant un disque fixe d’épaisseur non nulle dans une configuration moins contrainte avec prise en compte du couplage conduction-convection a été réalisée.