Simulation numérique d'écoulements multiphasiques, problèmes à interfaces et changement de phase

Numerical simulation of multiphase flows, interface problems and phase change

• Auteur / Autrice : Damien Furfaro
• Direction : Richard Saurel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 06/11/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Sagaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michaël Dumbser, Raphaël Loubère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Riemann, Hypothèse de

Interfaces liquide-liquide

Écoulement polyphasique

Mots clés libres

Ecoulements multiphasiques

Interfaces

Systèmes hyperboliques

Solveur de Riemann

Transferts de chaleur et de masse

Transition de phase

Lois de Fick et de Fourier

Multiphase flows

Interfaces

Hyperbolic systems

Riemann solver

Heat and mass transfers

Phase transition

Fick and Fourier laws

Résumé

Ce travail porte sur la simulation numérique des écoulements multiphasiques compressibles en déséquilibre de vitesses. Un solveur de Riemann diphasique de type HLLC, à la fois robuste, simple et précis est développé et validé à partir de solutions exactes et de données expérimentales. Cette méthode numérique est étendue au cas 3D non-structuré. Par ailleurs, la construction d’une technique numérique pour la répartition de l’énergie d’une onde de choc dans les différentes phases constituant le milieu est établie et permet le respect des conditions de choc multiphasiques. L’extension multiphasique du solveur de Riemann de type HLLC est réalisée, permettant ainsi la simulation d’une plus large gamme d’applications. Enfin, un modèle de transfert de chaleur et de masse dans un brouillard de gouttes ou nuage de bulles, en présence d’effets couplés de diffusion thermique et massiques, est proposé et dévoile des résultats intéressants.

This work deals with the numerical simulation of compressible multiphase flows in velocity disequilibrium. A HLLC-type two-phase Riemann solver is developed and validated against exact solutions and experimental data. This solver is robust, simple, accurate and entropy preserving. The numerical method is then implemented in 3D unstructured meshes. Furthermore, a numerical technique consisting in enforcing the correct energy partition at a discrete level in agreement with the multiphase shock relations is built. The multiphase extension of the HLLC-type Riemann solver is realized and allows the simulation of a wide range of applications. Finally, a droplet heat and mass transfer model with large range of validity is derived. It is valid in any situation: evaporation, flashing and condensation. It accounts for coupled heat and mass diffusion in the gas phase, thermodynamics of the multi-component gas mixture and heat diffusion inside the liquid droplet, enabling in this way consideration of both droplets heating and cooling phenomena.