Conditions aux limites tridimensionnelles pour la simulation directe et aux grandes échelles des écoulements turbulents : modélisation de sous-maille pour la turbulence en région de proche paroi

Tridimensional Boundary Conditions for Direct and Large-Eddy Simulation of Turbulent Flows. Sub-Grid Scale Modeling for Near-Wall Region Turbulence

• Auteur / Autrice : Guido Lodato
• Direction : Luc Vervisch, Pascale Domingo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 05/12/2008
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Lamballais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Veynante
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Franck Nicoud, Pierre Sagaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement tridimensionnel

Modèles mathématiques

Simulation par ordinateur

Turbulence

Problèmes aux limites

Mots clés libres

Conditions limites

Caractéristiques 3D

Simulation

Grandes échelles

Modèles Sous-Maille

Similarité-mixte

Asymptotique

Turbulence en paroi

Direct simulation

Large eddy simulation

Turbulent flows

Sub-grid scale modeling

Near-wall region turbulence

Résumé

Le traitement des conditions aux limites et la modélisation fine des interactions de sous-maille ont été abordés dans cette thèse. La formulation caractéristique des conditions aux limites a été analysée et une nouvelle procédure 3D-NSCBC est proposée qui autorise la prise en compte de l’évolution de la vitesse et de la pression dans le plan des frontières, afin d’introduire le caractère tridimensionnel de l’écoulement dans les conditions limites. Des nouvelles formulations pour resoudre le couplage des ondes caractéristiques au niveau des arêtes et des coins ont été développées. Dans le cadre de la Simulation des Grandes Échelles, pour reproduire correctement la dynamique de la turbulence à la paroi et pour mieux prendre en compte l'anisotropie du tenseur des contraintes de sous-maille, un modèle structural fondé sur l'hypothèse de similarité est développé pour des écoulements modérément compressibles et validé sur la simulation d'un jet rond en impaction sur une paroi plane.

The treatment of boundary conditions and sub-grid scale interactions’ modeling, with particular attention to the asymptotic behavior near the wall, were addressed in this thesis. The characteristic formulation of boundary conditions has been analyzed and a novel procedure 3D-NSCBC is proposed, which, accounting for the evolution of velocity and pressure on the boundary planes, allows a better representation of the three-dimensional character of the flow at the boundary. New formulations to solve characteristic wave coupling on edges and corners are developed. Within the framework of the Large-Eddy Simulation, in order to give a correct reproduction of near-wall turbulence dynamics and in order to better account for the sub-grid scale stress tensor’s anisotropy, a structural model based on the similarity hypothesis has been developed for weakly compressible flows and validated on the simulation of a round jet impinging over a flat plane.