Ecoulements compressibles diphasiques avec raffinement de maillage automatique

Two-fluid compressible flows with Automatic Mesh Refinement

• Auteur / Autrice : Gen Wu
• Direction : Caroline Nore
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire interdisciplinaire des sciences du numérique (Orsay, Essonne ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : COMET - Couplages Multiphysiques et Transferts
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Ecoulements diphasiques

Ebullition

Raffinement de maillage

Multi-résolution

Ecoulements compressibles

Méthode des surfaces de niveau

Two-phase flows

Boiling flows

Mesh refinement

Multi-resolution

Compressible flows

Level set method

Résumé

L'étude des écoulements diphasiques est un défi en raison de la topologie complexe de l'interface mobile et de la large gamme d'échelles impliquées. Le raffinement du maillage, s'il est automatique, est une stratégie numérique permettant de s'attaquer à ce problème et a déjà prouvé son efficacité (dans les écoulements à un et deux fluides). Bien que la représentation de l'interface dans les écoulements diphasiques dans le cadre des volumes finis eulériens reste un défi ouvert, la méthode Sharp Interface (SIM [1]) est employée dans cette étude pour sa précision de position, sa conception numérique facile et sa capacité à être consistante avec les effets d'interface comme la tension de surface ou le changement de phase. Les écoulements d'intérêt pour cette étude sont caractérisés par l'incompressibilité ou le voisinage de l'incompressibilité (appelé régime de faible Mach). Une approche pour traiter ces effets de compressibilité spécifiques tout en évitant la diffusion numérique est de considérer un système compressible et de s'occuper de la conception numérique. Cette voie est explorée avec succès avec le schéma numérique de projection de Lagrange tout régime couplé à la méthode Level-Set [2-3] développée dans une thèse précédente. Afin d'appliquer cette nouvelle méthode à d'autres domaines de l'ingénierie dans lesquels l'interface subit des effets physiques différents, le futur doctorant concentrera ses développements sur l'extension à la modélisation du transfert de chaleur et de masse avec des schémas numériques adéquats. Le couplage avec une stratégie de raffinement de maillage permettra de décrire précisément l'interface avec une résolution très fine afin de capturer correctement ces transferts de chaleur et ces changements de phase tout en conservant performance et flexibilité.

The study of two-fluid flows is challenging due to complex topology of the moving interface and wide range of scales involved. Mesh refinement, if automatic, is a numerical strategy allowing to tackle this problem and has already proven its efficiency (in both single and two-fluid flows). While representation of the interface in two-fluid flows in Eulerian Finite Volume framework is still an open challenge, the Sharp Interface method (SIM [1]) is employed for this study for its accuracy of position, its easy numerical conception and its ability to be consistent with interface effects as surface tension or phase change. Flows of interest for this study are characterized by incompressibility or vicinity of incompressibility (so called low-Mach regime). One approach to address these specific compressibility effects while avoiding numerical diffusion is to consider compressible system and to take care of the numerical design. This path is successfully explored with the all-regime Lagrange-projection numerical scheme coupled with Level-Set method [2-3] developed in previous PhD thesis. To apply this new method to other engineering fields in which interface experiences different physical effects, future PhD candidate will focus developments on the extension to heat and mass transfer modelling along with adequate numerical schemes. Coupling with mesh refinement strategy will allow to accurately describe interface at very fine resolution to correctly capture these heat transfer and phase change while keeping performance and flexibility.