Thèse soutenue

Optimisation de forme avec la méthode adjointe appliquée aux équations de Lattice-Boltzmann en aérodynamique
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Auteur / Autrice : Isabelle Cheylan
Direction : Pierre SagautGuillaume Fritz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
Date : Soutenance le 21/03/2019
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence)
Jury : Président / Présidente : Grégoire Allaire
Examinateurs / Examinatrices : Denis Ricot, Julien Favier, Maria Vittoria Salvetti
Rapporteurs / Rapporteuses : François Dubois, Christophe Corre

Résumé

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Cette thèse a pour objectif le développement d’un solveur adjoint dans ProLB, le logiciel d’aérodynamique basé sur la méthode de Lattice-Boltzmann utilisé chez Renault. Ce solveur adjoint permet de calculer les sensibilités surfaciques des efforts aérodynamiques sur un obstacle, typiquement un véhicule, par rapport à la forme de celui-ci. L’objectif final est de le déformer, par des techniques de morphing basées sur une méthode de descente du gradient à pas constant, afin de réduire sa traînée aérodynamique. Dans un premier temps, l’étude de cas 2D laminaires permet de détailler le développement du solveur adjoint étape par étape. Le choix de la formulation de la force de traînée est un point important. Une étude a montré qu’il est plus judicieux de calculer cette force dans le sillage de l’objet plutôt que sur l’objet lui-même. L’objectif étant de minimiser la force de traînée moyenne, il a été montré que le meilleur compromis entre l’effort de calcul et la précision des gradients est obtenu en moyennant en temps le champ direct instationnaire. Dans un second temps, l’étude de cas 3D turbulents à grandes échelles a permis de montrer que les algorithmes fonctionnant sur des cas 2D laminaires ne sont pas suffisamment stables pour être utilisés dans ce contexte beaucoup plus complexe. Des modifications ont donc été apportées au solveur adjoint afin de pouvoir l’utiliser dans un contexte industriel. Il permet d’obtenir une cartographie des sensibilités sur tout le véhicule dans un écoulement à Reynolds élevé. Une boucle d’optimisation complète a été réalisée, avec une étape de lissage des sensibilités, et a permis de réduire la force de traînée de 5%