Raffinement adaptatif de maillages intersectants, en Volumes Finis d’ordre élevé, pour l’aéropropulsion

Adaptive refinement of intersecting meshes, in a high-order finite volume framework, for aeropropulsion applications

• Auteur / Autrice : Alexandre Limare
• Direction : Houman Borouchaki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Mécanique Optique et Nanothechnologie
• Date : Soutenance le 27/10/2017
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : ArianeGroup
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Hecht
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Houman Borouchaki, Frédéric Hecht, Jean-Christophe Jouhaud, Stéphane Popinet, Pierre Brenner, Paul-Louis George, Bijan Mohammadi, Stéphanie Péron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Jouhaud, Stéphane Popinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Calcul adaptatif

Volumes finis, Méthodes de

Mots clés libres

Méthodes des volumes finis

Calcul adaptatif

Modélisation CFD

Maillages intersectants

Finite volume method

Adaptive mesh refinement

Computational fluid dynamics

Intersecting meshes

Résumé

Cette thèse concerne le développement d'outils industriels de simulation d'écoulements instationnaires compressibles autour de corps en mouvements relatifs pour des lanceurs spatiaux. Le code FLUSEPA, développé par ArianeGroup, s'appuie sur une formulation Volumes Finis d'ordre élevé et utilise un chevauchement de maillage conservatif par intersections géométriques. Les faces d'intersection autorisent le calcul des flux entre mailles chevauchantes et mailles coupées, permettant le traitement correct des chocs et de l'ensemble des structures instationnaires dans les zones de recouvrement. Au cours de cette thèse, une technique de raffinement de maillage adaptatif (AMR) par création d'arbres « octree » par maille a été implémentée pour des maillages non-structurés hexaédriques. Elle permet de simplifier la création des maillages et de garantir une résolution locale en adéquation avec la physique captée. Le module AMR s’intègre avec cohérence aux schémas de discrétisation spatio-temporels existants afin d’assurer la conservativité et la précision, de plus, il dégrade peu les performances algorithmiques. Ainsi, l’exécution du programme s'effectue sur plusieurs processus avec un équilibrage de charge spécifique au schéma explicite temporel adaptatif et comporte une procédure assurant une projection conservative d’ordre élevé des variables de calcul sur les mailles raffinées. Ces deux propriétés assurent la cohérence avec la stratégie numérique existante. La simulation de plusieurs cas tests montre le potentiel de ce module et permet de valider son implémentation

This thesis is part of an effort to develop numerical industrial tools for the simulation of unsteady compressible flows about bodies in relation motion often encountered in the context of space launchers. FLUSEPA, a code developed by ArianeGroup, relies on a high-order Finite Volume formulation and a conservative overlapping of meshes using geometric intersections. In the overlapping regions, geometric faces allow the calculation of fluxes and the advection of shocks and unsteady structures. This manuscript describes the implementation of a cell-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) technique for unstructured meshes composed of hexahedra. This new method eases the mesh construction process and ensures a local resolution adapted to the physical properties captured. In order to be functional, the AMR module must be consistent with the pre-existing spatio-temporal numerical schemes (i.e. be conservative and precise) and also keep the algorithmic performance. Thus, the obtained solution is divided between several processes with a load balancing specific to the explicit temporal adaptive numerical scheme was devised and includes a high-order conservative projection of the variables for the refined cells. These two properties compose a consistant global numerical strategy. Several test cases are run using this module and validate its implementation