Simulation numérique d’écoulements à surface libre avec la Méthode des Eléments-Finis
Auteur / Autrice : | Leïla Salomon |
Direction : | Yves-Marie Scolan, Pierre-Michel Guilcher |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique des milieux fluides |
Date : | Soutenance le 20/09/2023 |
Etablissement(s) : | Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL |
Jury : | Président / Présidente : Jean-Yves Billard |
Examinateurs / Examinatrices : Marissa L. Yates, Joseph Cherroret | |
Rapporteur / Rapporteuse : Lisl Weynans, Jeroen Wackers |
Résumé
Cette thèse est consacrée au développement d’un outil de simulation numérique permettant d’étudier, à terme, le comportement d’un navire sur houle fortement non linéaire. Ce travail se concentre spécifiquement sur la simulation numérique d’écoulements à interface mobile, à caractères instationnaires, incompressibles et non-visqueux. La méthode repose sur la modélisation des écoulements bifluides, décrits par les équations d’Euler incompressibles. Une approche Level Set est utilisée pour capturer l’interface entre les deux fluides. Ce formalisme offre l’avantage de représenter l’écoulement dans une approche globale, permettant ainsi de s’affranchir des discontinuités présentes à l’interface. À la différence des codes CFD classiques employés en hydrodynamique navale, qui sont généralement basés sur des formulations Volumes-Finis/VOF limitées sur le choix des ordres d’intégration, la discrétisation spatiale se fait à l’aide d’une méthode Eléments-Finis. Cette dernière autorise l’utilisation de schémas numériques robustes et d’ordre élevé afin d’améliorer la précision des résultats, tout en réduisant le temps de calcul. La stabilité du schéma numérique est assurée en partie par l’utilisation d’une approche Galerkin Discontinu, qui permet de décentrer les schémas de résolution en présence de termes advectifs, et aussi par l’utilisation d’une méthode de projection, qui consiste à résoudre séparément les champs de pression et de vitesse. Pour garantir un schéma numérique d’ordre élevé en espace et en temps, une nouvelle méthode de projection explicite est proposée, où la décomposition de Hodge est appliquée à la dérivée de la vitesse. Finalement, les résultats numériques obtenus, issus de plusieurs cas représentatifs des problématiques navales, permettent de valider l’outil numérique tout en confirmant la puissance de la méthode développée.