Thèse soutenue

Etude des écoulements complexes avec interface liquide-gaz : sur une méthode numérique incorporant des schémas avancés de type Volume de Fluide

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Auteur / Autrice : Sagar Pal
Direction : Stéphane ZaleskiDaniel Fuster
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 29/09/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
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
Examinateurs / Examinatrices : Heinz Pitsch
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Estivalèzes, Lydia Bourouiba

Résumé

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La dynamique des fluides à l’interface liquide-gaz joue un rôle critique dans plusieurs phénomènes naturels ainsi que dans une myriade d'applications industrielles. Au sein de systèmes dominés par la tension de surface tels que les gouttes ou les bulles, les mécanismes fondamentaux régissant entre autre les transferts de chaleur et de masse à l'interface océan-atmosphère, les modes conventionnels de transfert de chaleur, ou encore la transmission d'agents pathogènes. L'une des caractéristiques les plus fascinantes de ces écoulements multiphasiques est le processus d'atomisation, au cours duquel un volume de liquide se scinde en fragments de plus en plus petits. Ce mécanisme est systématiquement présent dans une large gamme d'applications, allant des procédés de combustion à l'irrigation agricole. Ce manuscrit présente des études numériques réalisées à l'aide de reconstruction géométrique avancée basée sur les méthodes de « Volume-of-Fluid ». Deux aspects différents des flux aux interfaces liquide-gaz avec fort contraste de densité sont abordés. La première partie cherche à comprendre, et éventuellement à supprimer, certains types d'instabilités qui affectent les modèles numériques standards en raison de la croissance en cascade des erreurs de discrétisation, qui sont endémiques à toute résolution numérique faible ou modérée. Enfin, la deuxième partie de l'étude est consacrée à une description statistique des tailles de gouttes, lorsque ces dernières sont produites dans de grands ensembles statistiques de simulations numériques directes de la rupture capillaire des ligaments liquides perturbés par des corrugations aléatoires.