Analyse numérique et développement de modèles précis dans un solveur CFD dédié aux applications navales avec houle

Numerical analysis and development of accurate models in a CFD solver dedicated to naval applications with waves

• Auteur / Autrice : Théo Descamps
• Direction : David Le Touzé, Benjamin Bouscasse, Lionel Gentaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 15/11/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Antonio Souto-Iglesias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Benjamin Bouscasse, Lionel Gentaz, Antonio Souto-Iglesias, Bettar Ould El Moctar, Kevin J. Maki, Andrea Di Mascio, Giuseppina Collicchio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bettar Ould El Moctar, Kevin J. Maki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Mécanique des fluides

Modélisation CFD

Mots clés libres

OpenFOAM

Schéma temporel backward du deuxième ordre

Génération de vagues

Résistance ajoutée sur houle

Tenue à la mer du navire

OpenFOAM

Second-order backward time scheme

Regular wave generation

Wave added resistance

Ship seakeeping

Résumé

L’objectif de cette thèse est de développer des solveurs numériques et des méthodologies afin d’améliorer le temps de calcul et la précision des simulations de tenue à la mer et de résistance ajoutée sur houle. Tout d’abord, une synthèse de l’algorithme du solver foamStar développé en interne est effectuée. A partir de cette analyse, une modification est proposée afin de pouvoir utiliser le "Multidimensional Universal Limiterfor Explicit Solution" (MULES) avec un schéma temporel backward d’ordre deux. Ensuite, plusieurs études successives sont réalisées afin de : vérifier l’implémentation du schéma backward ; définir une configuration numérique et des maillages efficaces pour la simulation de houle. Les cas d’étude sont : les tourbillons de Taylor-Green, la houle régulière non linéaire se propageant dans un domaine periodique, et enfin, la houle régulière générée avec des zones de relaxation et des configurations numériques proches de celles utilisées pour des applications navales. Dans la dernière partie de cette thèse, une étude préliminaire est réalisée en simulant un porte-conteneur avec une vitesse d’avance dans des houles régulières de face. Les recommandations définies tout au long de cette thèse sont également évaluées.

The objective of the present thesis is to develop solvers and methodologies in order to improve the computational cost andthe accuracy with regard to the thematics of seakeeping and added resistance. First, a synthetic workflow of the algorithmof the in-house solver foamStar is proposed. From this analysis a modification is proposed in order to use the Multidimensional Universal Limiter for Explicit Solution (MULES) with a second-order backward time scheme. Then, successive studies are done in order to: verify the implementation of the backward scheme; define an efficient numerical set-up and adequate mesh structures for numerical wave simulations. The case studies are, Taylor-Green vortices, nonlinear regular wave propagating in a periodic domain, and finally, regular waves generated with relaxation zones considering numerical configurations close to what is used for naval applications. In the last part of this Thesis, a preliminary study is done simulating a containership with forward speed in head regular waves. The recommendations derived all along this thesis are also evaluated.