Modélisation de la transition du régime laminaire au régime turbulent d’un écoulement incompressible dans un environnement RANS pour des configurations 2D et 3D

Laminar-to-turbulence Transition Modeling of Incompressible Flows in a RANS Framework for 2D and 3D Configurations

• Auteur / Autrice : Ginevra Rubino
• Direction : Michel Visonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Airiau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Visonneau, Christophe Airiau, Estelle Piot, Christer Fureby, Renzo Arina, Pablo Carrica, Carlo Cossu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Estelle Piot, Christer Fureby

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement laminaire

Compressibilité

Modélisation tridimensionnelle

Écoulement bidimensionnel

Mots clés libres

RANS

LCTM

Modes transversaux

Transition

RANS

LCTM

Crossflow

Transition

Résumé

Ce travail de thèse vise à évaluer la faisabilité des calculs de transition dans le cadre des codes industriels. Les points forts ainsi que les faiblesses des modèles de transition basés sur des corrélations locales, γ et γ-Re_θ, sont analysés sur des configurations bi et tridimensionnelles, en se concentrant sur la modélisation physique et les aspects numériques. L'objectif est d'analyser le potentiel de ces modèles RANS en tant qu'outils prédictifs, capables de gérer automatiquement et de manière autonome la transition d'un écoulement du régime laminaire au régime turbulent. Nous évaluons les performances des modèles de transition sur un grand nombre de cas de test, couvrant un large éventail de mécanismes de transition. Dans le cas des configurations 3D, un point crucial est la modélisation de la transition due aux modes transversaux et stationnaires, qui sont les principaux mécanismes de transition tridimensionnel dans un environnement à faible turbulence. A cet effet, nous présentons dans cette thèse un recalibrage original du critère transversal Tc1, proposé à l'origine par Menter et Smirnov en 2014 et basé sur une formulation locale du célèbre critère transversal C1 de Daniel Arnal. Ce critère recalibré étend notamment le modèle γ existant pour la prédiction de la transition transversale autour des géométries complexes.

This research work aims at assessing transition calculations feasibility in the context of the industrial codes. We discuss the strengths and weaknesses of the Local Correlation Based Transition Models (LCTM) γ and γ-Re_θ for two- and three-dimensional configurations, focusing on both modeling and numerical aspects. The purpose is to analyze the potential of these RANS-based models as predictive tools, that can handle automatically and autonomously laminar-to-turbulence transition. We evaluate the transition models performance on an extensive number of test cases, covering a wide range of transition mechanisms. In the case of 3D configurations, a crucial point is the modeling of transition due to stationary crossflow modes, which are the main threedimensional transition mechanism in a low free-stream turbulence environment. For this purpose, we present in this dissertation an original re-calibration of the Tc1 crossflow criterion, proposed by Menter and Smirnov in 2014 and based on a local formulation of the renowned empirical C1 criterion of Daniel Arnal. This re-calibrated criterion notably extends the existing γ model for stationary crossflow transition prediction around threedimensional non-wing-like geometries.