Application de la méthode Conservation Element / Solution Element sur un chargement de type onde d'explosion

Application of the space-time Conservation Element / Solution Element method on an explosion wave loading

• Auteur / Autrice : Jérémy Alloul
• Direction : Mame Jean Pierre William-Louis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique. Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 21/06/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Sochet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mame Jean Pierre William-Louis, Isabelle Sochet, Emmanuel Creusé, Yannick Hoarau, Azeddine Kourta, David Uystepruyst, Christophe Boulnois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Creusé, Yannick Hoarau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Euler, Équations d' -- Solutions numériques

Ondes de détonation

Mots clés libres

Schéma CE/SE

Méthode de résolution numérique

CE/SE Solver

Numerical method Conservation

Résumé

La méthode de résolution numérique Conservation Element / Solution Element (CE/SE) a été développée au début des années 1990 par des ingénieurs de la NASA. Sa principale caractéristique est de s’affranchir des distinctions spatiale et temporelle. La résolution des équations d’Euler est réalisée beaucoup plus finement que dans d’autres schémas usuels. Le premier objectif de cette thèse est de développer le CE/SE en une dimension et de l’implémenter dans un programme de résolution des équations d’Euler sans termes sources. Nous validons ensuite ce schéma au travers d’un cas analytique de tube à choc. Puis l’insensibilité au CFL est ajoutée, et nous vérifions également que les conditions aux limites non-réflectives sont fonctionnelles. Dans un second temps, nous ajoutons des termes sources aux équations d’Euler. Nous sommes ainsi capables de réaliser des simulations d’ondes de détonation, et de les valider par des mesures expérimentales. De plus, une application sur la conduction de la chaleur dans un matériau multicouche est réalisée. Le second objectif est de développer le CE/SE en 3D et de le mettre en place dans METAS, logiciel de CFD utilisé au laboratoire PRISME. La partie insensibilité au CFL est expliquée théoriquement pour la première fois ici. Nous validons ensuite le schéma en 3D grâce au tube à choc. En utilisant ce modèle, nous validons également les conditions aux limites non-réflectives. Enfin, nous utilisons des résultats expérimentaux d’explosion en chambre confinée menée à PRISME afin de valider notre schéma numérique une deuxième fois, sur des ondes de détonation cette fois-ci.

The numerical method Conservation Element / Solution Element (CE/SE) has been developed at the beginning of the 90’s by NASA engineers. Its main feature is to not separate space and time resolution. The resolution of the Euler Equations is much more accurate than in other usual methods. The first objective of this PhD is to develop the 1D CE/SE in an Euler Equations resolution program, without source terms. Then, this scheme is validated through the analytical case of the shock tube. After that, the CFL insensitivity scheme is added, and we check that the non-reflective boundary conditions are working. Next, source terms are added in the Euler Equations. Detonation simulations are realized, and are validated using experimental data. Moreover, an application of the transient heat conduction in a multilayer material is realized. The second objective is to develop the 3D CE/SE inside METAS, a CFD software used at the PRISME laboratory. The insensitivity scheme is theoretically explained here for the first time. The 3D scheme is then validated once more through the shock tube. Using this model, the non-reflective boundary conditions are also validated. Finally, using experimental data of confined chamber explosion led at the PRISME laboratory, a second validation of the 3D scheme is realized on a detonation.