Développement d'une approche de simulation numérique directe de l'ébullition en paroi

• Auteur / Autrice : Christophe Duquennoy
• Direction : Jacques Magnaudet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ébullition

Navier-Stokes, Équations de

Simulation par ordinateur

Écoulement diphasique

Résumé

Pour réaliser une simulation numérique directe des écoulements diphasiques avec changement de phase, il faut pouvoir localiser à tout instant la position de l'interface liquide-vapeur. De plus, il est nécessaire de décrire précisément les transferts de masse et de chaleur qui apparaissent à l'interface. Dans ce travail, nous développons un modèle numérique dédié à ce type d'écoulements. Ce modèle repose sur une méthode de suivi d'interface culérienne qui consiste à suivre le déplacement de l'interface par rapport à une grille fixe. Une des limitations de ce type de méthodes est qu'elles introduisent un épaississement numérique artificiel de l'interface qui rend peu claire la physique régissant l'écoulement au sein de cette zone interfaciale. Afin de clarifier cette physique, nous proposons une mise en équation basée sur une sommation et un filtrage des équations locales instantanées dans les deux phases. Ceci nous permet de mettre en évidence un certain nombre d'hypothèses implicitement faites par la majorité des méthodes culériennes. Nous proposons, par ailleurs, une modélisation physique des termes sources qui apparaissent dans ces équations et un algorithme pour les résoudre. Des simulations sont réalisées à partir de ce modèle numérique et permettent de démontrer son aptitude à traiter des problèmes avec ou sans changement de phase. Le modèle est, par ailleurs, complété pour pouvoir prendre en compte l'interaction entre une paroi solide et l'interface liquide-gaz. Ce modèle de déplacement de la ligne triple est validé qualitativement dans des cas sans changement de phase et donne des résultats en bon accord avec l'expérience. Notre modèle est finalement appliqué à la simulation de la croissance d'une bulle sur une paroi chauffée. Les résultats obtenus montrent que le modèle développé dans le cadre de ce travail constitue un outil performant pour l'étude des mécanismes locaux de l'ébullition en paroi.