Simulation d'écoulements fluides à partir de données réelles

Fluid flowsimulation based on point clouds

• Auteur / Autrice : Mas Simon Santoso
• Direction : Thierry Coupez, Luisa Alexandra Rocha da Silva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 22/06/2018
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Calcul Intensif (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Marjorie Musy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Coupez, Luisa Alexandra Rocha da Silva, Marjorie Musy, Houman Borouchaki, Youssef Mesri, Gilles Gesquière, Anne Ruas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Houman Borouchaki, Youssef Mesri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul adaptatif

Simulation par ordinateur

Éléments finis, Méthode des

Mécanique des fluides

Nuages de points

Mots clés libres

Nuages de points

Écoulement fluide

Adaptation de maillage

Méthode variationnelle

Multi-échelle

Point clouds

Fluid flow

Mesh adaptation

Variational

Multi-scale method

Résumé

Les nuages de points sont des objets mathématiques permettant de décrire de manière discrète des fonctions à plusieurs variables. Ils sont principalement utilisés dans le domaine statistique mais on les retrouve également en géométrie afin de représenter des variétés géométriques complexes. Il est aujourd'hui difficile d'intégrer les objets représentés par ces nuages de points dans des calculs éléments finis car l'intégration de ces nuages de points requiert la reconstruction de la variété ainsi que la génération d'un maillage surfacique qu'il faut intégrer dans un maillage volumique. Ces opérations sont souvent basées sur des processus itératifs et sont extrêmement coûteuses en temps car les nuages de points utilisés sont de très grande taille. La méthodologie développée dans cette thèse permet d'immerger des nuages de points dans un domaine maillé sans passer par les étapes de reconstruction de surface et de génération de maillage. On utilise la technique d'immersion de volume adaptée aux nuages de points. Cette technique est couplée avec une méthode d'adaptation de maillage. Cela nous permettra de générer un maillage anisotropique adapté autour des zones d'intérêt. On utilise ensuite la méthode variationnelle multi-échelle afin de simuler des écoulements fluides. Cette technique est une extension de la méthode éléments finis classique permettant de simuler des écoulements à forte convection et à haut nombre de Reynolds. La dernière partie de ce manuscrit présente quelques cas d'application dans le domaine aérodynamique, hydrodynamique et urbains.

Points clouds are mathematical objects that allows to describe discretely multivariable functions. They are mainly used in the statistical domain but also in geometrical manifolds. It is nowadays a real challenge to immerse the previous manifolds in finite element computation. Indeed, the immersion of those points clouds requires the reconstruction of the surface of the manifold and the generation of a surfacic mesh. As those operations are often based on an iterative process, they are extremely time-consuming as points clouds are usually massive. The method developed in this thesis allows to immerse points clouds in a meshed domain without the surface reconstruction and mesh generations steps. For that purpose, we use the Volume Immersion Method adapted to point clouds. We coupled this method with an adaped mesh generation technique. Then we are able to generate a monolithic anisotropic mesh, adapted around interest zones. We also use the variational multi-scale method to simulate fluid flow. This method is an extension of the classical finite element method and allows to simulate fluid flow. The last part of this thesis introduce some applications cases in the aerodynamic and urbans domains.