Méthode de Boltzmann sur réseau hybride pour les écoulements compressibles

Hybrid lattice Boltzmann method for compressible flows

• Auteur / Autrice : Florian Renard
• Direction : Pierre Sagaut, Jean-François Boussuge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 19/03/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Centre Européen de Recherche et Formation Avancées en Calcul Scientifique (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Rémi Abgrall
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aloïs Sengissen, Romain Pain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jonas Latt, Paola Cinnella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Industrie aéronautique

Compressibilité

Méthode de Boltzmann sur réseau

Théorie du transport

Mécanique des fluides

Mots clés libres

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Résumé

Ces dernières années, les méthodes de simulations numériques appliquées à la mécanique des fluides sont devenues des outils indispensables pour l'industrie aéronautique. Ces méthodes sont utilisées de concert avec les approches expérimentales. Elles permettent, par exemple, d'avoir une compréhension précise d'un écoulement pour développer et dimensionner un composant d'avion. Ainsi, ces méthodes sont sans cesse améliorées pour restituer plus fidèlement la physique des écoulements simulés. Grâce à son coup de calcul réduit, sa facilité d'implémentation et d'utilisation, la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) s'est peu à peu imposée comme une solution alternative aux méthodes numériques traditionnelles. De plus, cette méthode possède les avantages d'être intrinsèquement instationnaire et est parfaitement adaptée aux géométries complexes. Malheureusement, sous sa forme standard, elle reste limitée à la simulation d'écoulements isothermes et faiblement compressibles, ce qui écarte de nombreuses applications aéronautiques. Néanmoins, des variantes compressibles existent. Parmi les plus prometteuses, on peut trouver la méthode hybride (HLBM) qui utilise la LBM pour calculer les équations de la masse et de la quantité de mouvement et un schéma aux différences finies pour calculer l'équation d'énergie. Cette thèse se consacre au développement et à l'étude de méthodes hybrides pour la simulation d'écoulements compressibles

In recent years, computational fluid dynamic (CFD) methods have become essential for the aeronautics industry. These methods are used in conjunction with experimental approaches. They allow, for example, to have a precise understanding of a flow in order to help the design of aircraft components. Thus, these methods are constantly being improved to accurately reproduce the physics of simulated flows. Thanks to its reduced computational cost, its ease of implementation and use, the lattice Boltzmann method (LBM) has gradually emerged as an alternative approach to traditional numerical methods. In addition to its efficiency, this method has the advantages of being inherently unsteady and is perfectly adapted to complex geometries. Unfortunately, in its standard form, it remains limited to the simulation of isothermal and weakly compressible flows, which excludes many aeronautical applications. Nevertheless, compressible versions of this method do exist. Among the most promising ones, one can find the Hybrid method (HLBM) which uses the LBM to compute the mass and momentum equations and a finite difference scheme to computed the energy equation. This thesis focuses on the development and study of hybrid methods for the simulation of compressible flows