Thèse soutenue

Méthode de vortex améliorée pour la génération des conditions d'entrée pour la simulation numérique des grandes échelles et applications aux écoulements en canal plan et en couche limite sur plaque plane

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Auteur / Autrice : Baolin Xie
Direction : Liang Shao
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 12/12/2016
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône) - Laboratoire de mécanique des fluides et d’acoustique
Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Bertoglio
Examinateurs / Examinatrices : Liang Shao, Alexis Giauque, Le Fang
Rapporteurs / Rapporteuses : Lipeng Lu, Françoise Bataille

Résumé

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La simulation des grandes échelles (SGE ou LES pour large eddy simulation) commence à être très utilisée dans l’industrie. Par résolution directe des structures turbulents de grande tailles, le calcul LES est capable de calculer le bruit générée par la voilure ou de prédire avec précision le décollement de coin dans une configuration très simplifiée du compresseur. L’un des problèmes les plus importants pour effectuer un calcul LES est de fournir des conditions d’entrée avec des champs turbulents.Pour une approche hybride RANS/LES (RANS pour Reynolds Averaged Navier-Stokes), les conditions d’entrée turbulentes pour un calcul LES sont générées à l’aide des solutions fournies par le calcul RANS en amont. Il existe plusieurs méthodes pour générer les conditions d’entrée pour LES. Elles peuvent principalement être classées en deux catégories : 1) simulation avec pré-calcul ; 2) la méthode de turbulence synthétique. La simulation avec pré-calcul consiste à effectuer un calcul LES indépendant pour générer un champ turbulent comme conditions d’entrée pour alimenter le calcul principal. Cette méthode peut obtenir des turbulences de haute qualité, mais elle augmente considérablement le temps de calcul et le stockage des données. Le champ turbulent généré par la méthode de turbulence synthétique exige une « distance de adaptation », pendante laquelle le champ turbulent devient pleinement développé. L’objectif principal pour améliorer ce genre de méthodes est donc de diminuer cette distance nécessaire.Dans cette thèse, la méthode de vortex, qui est une approche de turbulence synthétique, est présentée et améliorée. A travers des expériences numériques, les paramètres de la méthode de vortex améliorée sont systématiquement optimisés. L’application à l’écoulement en canal plan et à couche limite en plaque plane, montrent que la méthode de vortex améliorée génère de manière efficace pour fournir des conditions d’entrée pour LES. Dans le cas de l’écoulement en canal plan, la distance d’adaptation nécessaire pour le rétablissement de la turbulence est d’environ 6 fois la demi-hauteur du canal. Pour le cas de l’écoulement en plaque plane, cette distance est environ 21 fois l’épaisseur de la couche limite. Enfin, dans le but de qualifier la turbulence obtenue par des calculs LES, nous utilisons les coefficients de dissymétrie des dérivées des fluctuations de vitesse, et, nous les introduisons comme un nouveau critère pour la qualité de LES.