Couplage et améliorations de la méthode SPH pour traiter des écoulements à multi-échelles temporelles et spatiales

Coupling and improvements of the SPH method to treat flows involving temporal and spatial multi-scales

• Auteur / Autrice : Laurent Chiron
• Direction : David Le Touzé, Guillaume Oger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 16/03/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Florian de Vuyst
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Guillaume Oger, Florian de Vuyst, Andrea Colagrossi, Damien Violeau, Christophe Berthon, Jean-Christophe Marongiu, Matthieu De Leffe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Colagrossi, Damien Violeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Volumes finis, Méthodes de

Modélisation tridimensionnelle

Écoulement -- Visualisation

Mots clés libres

SPH

Raffinement Particulaire Adaptatif (APR)

Méthode de Flux Normal (NFM)

Couplage SPH/Volumes Finis

SPH

Adaptive Particle Refinement (APR)

Normal Flux Method (NFM)

SPH/Finite Volume coupling

Résumé

La thèse s’articule en trois axes. Une première partie a été consacrée à l’amélioration de la méthode de flux normal (NFM) dont le développement a été initié dans une précédente thèse. Cet axe de recherche, qui ne s’inscrivait pas dans le sujet initial de la thèse, a été initié afin de répondre à des problématiques industrielles de NEXTFLOW-SOFTWARE, financeur de la thèse. Les développements réalisés ont permis d’adapter au formalisme NFM différents aspects (modélisation de la viscosité, détection de surface libre, désordre particulaire) ainsi que d’améliorer la précision des opérateurs. Le second axe de thèse a porté sur le développement d’une méthode de raffinement particulaire adaptative, et plus particulièrement à son efficacité dans un contexte d’applicabilité industrielle. Un intérêt particulier a été porté à la robustesse, la précision ainsi que le temps de calcul des méthodes de raffinement de l’état de l’art. Delà, de fortes limitations ont été dégagées et ont amené à développer une approche de raffinement inspirée de l’AMR. Les développements ont été validés sur de nombreux cas tests et sont aujourd’hui intégrés au sein des outils utilisés par NEXTFLOW-SOFTWARE. Le dernier axe concernait le couplage entre les méthodes SPH et Volumes Finis. Le développement d’un algorithme de couplage a permis de gérer les entrées/sorties entre les deux solveurs de façon générique et transparente aussi bien pour les simulations 2D que 3D. Ensuite, une amélioration a été proposée permettant de créer/supprimer dynamiquement des particules aux frontières du solveur Volumes Finis. Des validations sont en cours pour l’extension 3D.

The thesis is articulated in three axes. A first part was devoted to the improvement of the normal flux method (NFM) whose development was initiated in a previous thesis. This line of research, which was not part of theoriginal subject of the thesis, was initiated in order to answer to the industrial problems of NEXTFLOW SOFTWARE, financier of the thesis. The developments made it possible to adapt to the NFM formalism different aspects (modeling of viscosity, detection of free surface,particle disorder) as well as to improve the precision of the operators.The second part of the thesis focused on the development of a method of adaptive particle refinement,and more particularly its effectiveness in a context of industrial applicability. Particular emphasis has been placed on the robustness, accuracy and calculation time of the state of the art of refinement methods. From there, strong limitations have emerged and have led to develop a refinement approach inspired by the AMR. The developments have been validated on many test cases and are now integrated within the tools used by NEXTFLOW-SOFTWARE. The last part concerned the coupling between SPH and Finite Volumes methods. The development of a coupling algorithm made it possible to manage inputs / outputs between the two solvers in a generic and transparent way for both 2D and 3D simulations. Then, an improvement was proposed allowing to create / remove dynamically particles at the boundaries of the Finite Volume solver. Validations are in progress for the 3D extension.