Thèse soutenue

Simulation numérique directe de l'écoulement en surface libre et de l'écoulement interfacial à l'aide de la méthode VOF : cavitation des nuages de bulles d'air et changement de phase

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Leon Malan
Direction : Stéphane ZaleskiArnaud MalanPieter Rousseau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique
Date : Soutenance le 24/10/2017
Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec University of Cape Town
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Stéphane Popinet
Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Legendre, Stéphane Vincent, Kei Philipp Behruzi

Mots clés

FR  |  
EN

Résumé

FR  |  
EN

La présente étude se fonde sur la méthode du volume de fluide (en anglais VOF pour Volume-of-Fluid), proposée à l'origine par Hirt et Nicols. L'objectif de la première partie de ce travail est l'étude hydrodynamique de la cavitation isotherme dans les grands nuages de bulles. Cette étude s'inscrit plus généralement dans un large effort de recherche en micro--écaillage mené par le CEA. Une méthode capable de traiter la présence de cavités de vapeur de volume variable ou encore de pores a été formulée et implémentée dans un code existant, PARIS. L'écoulement est idéalisé en supposant un liquide parfait, des effets thermiques négligeables et une pression de vapeur nulle. Une étude innovante est présentée, traitant de l'interaction du nuage de bulles dans un liquide en expansion par simulation numérique directe. Les résultats des simulations révèlent l'existence d'un concours de cavités dans un certain régime caractérisé par le nombre de Weber.Dans la deuxième partie de l'étude, le système d'équations à résoudre est modifié et généralisé afin de décrire l'écoulement incompressible d'un fluide diphasique tout en incluant la possibilité d'un changement de phase à l'interface. Une nouvelle méthode VOF est proposée, dans laquelle une nouvelle technique d'advection de la fonction VOF permet de traiter à la fois la conservation de la masse et de l'énergie sous une forme conservative. Les expériences numériques démontrent la précision, la robustesse et la généralité de la méthode proposée, et témoignent d'un développement fondamental important pour l'application des méthodes VOF à la modélisation des changements de phase.