Fichier à télécharger

6 Mo

Thèse présentée à

INSA de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Mécanique des fluides et Énergétique

Par

Emeline Noël

Soutenue le 19 novembre 2012

Simulation numérique directe d’écoulements à l’aide d’une méthode de frontière immergée
Jury

Rapporteurs
Dominique Legendre, Professeur des Universités, IMFT - Toulouse
Stéphane Vincent, Maître de Conférences (HDR), TREFLE - Bordeaux

Examinateurs
Jean-Luc Estivalezes, Ingénieur de Recherche, ONERA - Toulouse
Alain Berlemont, Directeur de Recherche, CORIA - Rouen
Jérome Hélie, Ingénieur Chef de projet, Continental Automotive SAS - Toulouse

Directeur de thèse
Jean Cousin, Professeur des Universités, CORIA - Rouen

Co-Encadrant de thèse
Thibault Ménard, Maître de Conférences, CORIA - Rouen

Simulation numérique directe d’écoulements à l’aide d’une méthode de frontière immergée

Les travaux menés, depuis plusieurs années, au CORIA ont abouti à la construction d’un outil numérique (ARCHER) permettant la simulation numérique directe d’écoulements diphasiques et notamment l’atomisation d’un jet liquide à haute vitesse. Ce type de simulation permet de capturer les phénomènes d’atomisation au voisinage de l’injecteur difficilement caractérisables par les outils expérimentaux actuels. Ces simulations requièrent des conditions d’injection délicates à évaluer a priori car elles dépendent des caractéristiques de l’écoulement au sein de l’injecteur. Or, certains jets présentent une grande sensibilité à ces conditions d’injection. Dès lors, il est nécessaire de simuler l’écoulement au sein de l’injecteur afin d’appréhender la nature de cette sensibilité. L’utilisation d’un maillage cartésien par le code ARCHER conjuguée à la volonté de simuler le système d’atomisation dans son ensemble ont orienté ces travaux vers l’utilisation d’une méthode de frontière immergée. Ces travaux ont ainsi permis de reproduire des écoulements au sein d’injecteurs de forme quelconque tout en conservant le maillage cartésien d’origine, précieux tant pour l’éfficacité du solveur que pour sa précision. Dans un premier temps, l’implantation dans le code ARCHER d’une méthode de frontière immergée a été réalisée et testée sur des configurations de canal et de conduite et de l’écoulement autour d’un cylindre. L’application de cette méthode a porté sur la simulation de l’écoulement au sein d’un injecteur triple disque mono-trou et a notamment permis de caractériser l’origine de l’écoulement secondaire formé dans l’orifice de décharge. Afin d’évoluer vers la construction d’un outil numérique capable de simuler le système d’atomisation dans son ensemble, un couplage entre la méthode de frontière immergée et la méthode Ghost fluid a été nécessaire. La version bi-dimensionnelle développée a été testée sur la relaxation d’une goutte posée sur une paroi. Cette version a permis de simuler des écoulements au sein de canaux à différents rapports de longueur sur diamètre et l’écoulement au sein d’une buse convergente. La simulation simultanée de l’écoulement interne et externe a permis de lier les fluctuations de vitesses des écoulements internes à la création de surface engendrée sur les écoulements externes.

Mots Clés : Écoulements diphasiques, frontières immergées (IBM), injection, simulation numérique directe (DNS), angle de contact, ligne triple.

Since several years, the research conducted at the CORIA laboratory led to the development of a numerical tool (ARCHER) alllowing direct numerical simulations of two phase flows. In particular, the simulations of high speed liquid jet primary break-up have been strongly investigated. These simulations are able to capture primary break-up phenomena near the nozzle exit where experimental characterisations are difficult to conduct. These simulations need injection conditions tricky to gauge a priori, since they depend on the flow characteristics inside the nozzle. Moreover, some jets are highly sensitive to these injection conditions. Therefore, it becomes necessary to simulate the flow inside the nozzle to better understand this sensitive nature. The objective to simulate the whole atomization system guided the present work dedicated to the use of an immersed boundary method (IBM). Such an approach allows reproducing flows inside nozzles of arbitrary shape while keeping the original cartesian mesh valuable for numerical efficiency and accuracy. As a first step, the implementation of an IBM in ARCHER was carried out and tested on channels, pipes and uniform flows past a circular cylinder. An industrial application focused on the flow inside a triple disk compound injector. This work led to a refined description of the secondary flow origin in the discharge hole. In order to move towards the design of a numerical tool able to simulate the whole injection system, a coupling between IBM and the Ghost Fluid Method (GFM) has been found necessary. This allows accounting for two phase flows inside the nozzle where the dynamics of the triple line has to be considered. The bidimensional developments have been tested on drops released on walls. This version enabled to simulate flows inside channels with different ratios of length over diameter and the flow inside a convergent nozzle. The simultaneous computation of flows inside and outside nozzle has enabled to link the velocity fluctuations of internals flows to the surface setting-up gene-rated on external flows.

Keywords  : Two phase flows, immersed boundary method (IBM), injection, direct numerical simulation, contact angle, triple line.

Mots-Clefs
Catalogue des Documents
CORIA-Lettre
Ecrire au Laboratoire
Flux RSS
Contact & Accès
ACCUEIL
Départements de Recherche du Laboratoire
Activités du département ER
Activités du Département TASC
Activités du Département OL
Informations pratiques concernant les Masters DIODE et EFE
Diagnostic Laser et Métrologie Optique
Où sommes nous ! Plans d’accès. Contact Principaux de l’UMR 6614-CORIA ...
Thèses du Laboratoire. (2002 - ... )
Prochainement en ligne !
This page contains some descriptions of techniques or tools developed for the characterisation of soot particles.
Centre de Combustion Avancée pour l’Aéronautique du Futur
Cavitation et atomisation dans les buses d’injecteurs : étude numérique et expérimentale
Our research activities on ultrafast laser sources, fiber optics and nonlinear dynamics.
Femtosecond and ballistic imaging of high-speed liquid jets and sprays
L’Europe s’engage en Normandie avec le Fond Européen de Développement Régional.
Programme ANR CORIA-EM2C-CERFACS
Agenda
Les Membres
Annuaire
dot : Nouveau

MàJ ··· 19 novembre 2019

:::  ico   :::