Simulatiοn exaflοpique de la cοmbustiοn de sprays

Exaflopic simulation of spray combustion

• Auteur / Autrice : Antoine Stock
• Direction : Vincent Moureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/10/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Renou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Moureau, Benoît Fiorina, Daniel Mira, Alessandro Parente, Renaud Mercier, Ghislain Lartigue, Cédric Mehl
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Fiorina, Daniel Mira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Répartition de charge (informatique)

Combustion

Écoulement diphasique

Simulation des grandes échelles

Mots clés libres

Adaptation de maillage

Equilibrage de charge

Clustering

Euler-Lagrange

Large-Eddy Simulation (LES)

Two-Phase Reactive Flow

Adaptive Mesh Refinement (AMR)

Load-Balancing

Dynamic Cell Clustering (DCC)

Euler-Lagrange

Résumé

La simulation numérique des grandes échelles (LES, pour Large Eddy Simulation) s'est imposée comme un outil numérique puissant pour la conception et l'analyse des brûleurs de sprays, permettant de capturer avec une grande précision les interactions complexes entre l'écoulement turbulent, la combustion et la dynamique des sprays. Cependant, cette précision accrue de la LES s'accompagne d'un coût CPU élevé. Ces simulations nécessitent souvent l'utilisation de maillages de grande taille afin de résoudre les turbulences à petite échelle et les fronts de flamme nets, ainsi que la gestion de nombreuses espèces chimiques et réactions. Ces exigences posent des défis importants en termes de ressources informatiques et de temps de calcul, ce qui peut freiner l'application pratique de la LES dans les processus de conception industrielle. Cette thèse s'attaque aux défis numériques associés à la LES des brûleurs de sprays en explorant et développant des approches numériques visant à réduire coût de calcul sans compromettre la précision des simulations. Trois stratégies principales sont étudiées : l'équilibrage de charge Euler-Lagrange, l'adaptation dynamique de maillage, et le clustering dynamique des termes source.

Large Eddy Simulation (LES) has emerged as a powerful computational tool for the design and analysis of spray burners, offering the ability to capture the complex interactions between turbulent flow, combustion, and spray dynamics with high fidelity. However, the high accuracy of LES comes at a significant computational cost. The simulation of these systems often requires the use of large meshes in order to resolve fine-scale turbulence and sharp flame front as well as the handling of numerous species and chemical reactions. These demands pose substantial challenges in terms of the required computational resources and the time required for the simulation process, which can hinder the practical application of LES in industrial design processes. This thesis addresses the computational challenges associated with LES of spray burners by exploring and developing numerical approaches aimed at reducing the computational burden without compromising the accuracy of the simulations. Three primary strategies are investigated: Euler-Lagrange load balancing, Adaptive Mesh Refinement, and Dynamic Cell Clustering.