Approximation et adaptation numériques pour les écoulements en machines tournantes

Numerical approximation and adaptation for flows in rotating machines

• Auteur / Autrice : Bastien Sauvage
• Direction : Boniface Nkonga, Alain Dervieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 27/09/2024
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Coupez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boniface Nkonga, Alain Dervieux, Thierry Coupez, Marianna Braza, Anca Belme, Bruno Koobus, Frédéric Alauzet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marianna Braza, Anca Belme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Turbulence

Calcul adaptatif

Bruit

Machines tournantes

Modélisation CFD

Mots clés libres

Calcul scientifique

Mécanique des fluides numérique

Adaptation de maillages

Turbulence

Écoulements instationnaires

Simulations rotor/stator

Simulation des grandes structures

Scientific computing

Computational fluid dynamics

Mesh adaptation

Turbulence

Unsteady flows

Rotor/stator simulations

Large eddy simulation

Résumé

Ce travail s'inscrit dans un projet de recherche dont l'objectif est de proposer des simulations numériques en fluides (CFD) capables de capturer le bruit produit par les machines tournantes.Cette thèse, au sein de ce projet, à pour objectif d'étudier des méthodes d'adaptation de maillages (instationnaires) pour des écoulements turbulents instationnaires.On commence par décrire les outils nécessaires à nos études, à savoir les méthodes numériques, les modèles de turbulences et l'adaptation de maillages. Une première partie est consacrée à l'étude de l'algorithme d'adaptation de maillage instationnaire ''Transient Fixed Point'' appliqué à des écoulements turbulents autour de cylindres à différents nombre de Reynolds. Puis on étudie une méthode pour prendre en compte la rotation dans les simulations,que l'on couple avec les méthodes d'adaptation de maillage. Des exemples numériques sont proposés.Ces premiers travaux se heurtent à deux importants problèmes ouverts en CFD maillage-adaptative.Afin de choisir de manière optimale le pas d'avancement en temps implicite, on présente une nouvelle méthode d'adaptation de maillages espace-temps, qui permet d'adapter simultanément le maillage en espace et le maillage en temps. Afin d'adapter le maillage à la fois à l’écoulement moyen et aux grandes structures turbulentes, on propose une nouvelle approche d'adaptation de maillage pour la turbulence en calcul LES et hybride.

This work is part of a research project aimed at proposing numerical fluid simulations (CFD) capable of capturing the noise produced by rotating machines.The aim of this thesis is to study mesh adaptation methods for unsteady turbulent flows. We begin by describing the tools required for our studies, namely numerical methods, turbulence models and mesh adaptation. The first part is devoted to the study of the ''Transient'' unsteady mesh adaptation algorithms applied to turbulent flows around cylinders at different Reynolds numbers. A method for taking rotation into account in simulations is then studied, and coupled with mesh the adaptation methods. Numerical examples are proposed.This initial work encounted two major unsolved problems in CFD mesh-adaptation. In order to optimally select the implicit time step, a new space-time mesh adaptation method is presented, which simultaneously adapts the space mesh and the time mesh. In order to adapt the mesh to both mean flow and large turbulent structures, a new mesh adaptation approach is proposed for turbulence in LES and hybrid computation.