Développement de méthodes de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent autour d’obstacles

Development of penalty methods for the simulation of turbulent flow around obstacles

• Auteur / Autrice : Wided Bizid
• Direction : Mejdi Azaïez, Hassine Maatoug, Stéphane Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 30/06/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Philippe Angot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mejdi Azaïez, Hassine Maatoug, Stéphane Vincent, Philippe Angot, Jean-Luc Estivalèzes, Pascal Fede, Jean-Paul Caltagirone
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Estivalèzes, Pascal Fede

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pénalisation, optimisation mathématique

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Simulation, Méthodes de

Turbulence

Éoliennes

Mots clés libres

Méthode de pénalisation

Modèle de turbulence

Cylindre

Canal

Profil de pale S809

Penalty method

Turbulence model

Cylinder

Channel

S809 profile

Résumé

En vue d’applications aux turbines éoliennes, cette thèse vise à étendre l’utilisation des méthodes de type domaines fictifs et en particulier la méthode de pénalisation pour la simulation de l’écoulement turbulent instationnaire autour d’obstacles de géométrie complexe.La modélisation de la turbulence instationnaire à nombres de Reynolds élevés a été abordée par des approches hybrides RANS/LES telles que la (DES) et la (DDES). Afin d’améliorer la prédiction, un modèle de paroi de type TBLE a été introduit.Après une brève présentation des méthodes et des outils mis en oeuvre, des simulations2D/3D sur la configuration de cylindre et du canal sont ensuite présentées, analysées et comparées aux résultats numériques et expérimentaux.Les résultats de simulation montrent la faisabilité et l’efficacité des modèles et de la méthode de couplage (DDES/TBLE). La dernière étude se concentre sur la simulation de l’écoulement d’air autour d’un profil de pale. Les réussites et les échecs des simulations numériques sont soulignés et étudiés.En conclusion, l’étude établit les fondements pour une future application dans le cas de l’écoulement autour d’un rotor éolien en mouvement.

In the perspective of application to wind turbine design, this thesis aims to extend theuse of fictitious domain methods and in particular the method of penalization for the simulation of unsteady turbulent flows around obstacles of complex geometry. The unsteady turbulence modeling at high Reynolds numbers was studied by hybrid approaches(RANS / LES) such as (DES) and (DDES). In order to improve the prediction, a wall model based on simplified Thin Boundary Layer Equations (TBLE) was introduced.After a brief presentation of the tools and methods implemented, full 2D / 3D computations on cylinder and channel configuration are then presented, analyzed and compared to numerical and experimental results.The simulation results show the feasibility and effectiveness of the proposed models and the coupling method (DDES / TBLE).The latest investigation focuses on the simulation of the flow around the airfoil of a wind turbine. The success and fails of the computations are highlighted and explained.