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Calcul scientifique, simulation numérique et modèles réduits

L’objectif est d’obtenir des simulations numériques fiables et performantes pour des problèmes provenant de la physique ou de l’industrie. Nous délimitons essentiellement notre champ d’application à la mécanique des fluides et le calcul des structures (identification de structures cohérentes, dynamique tourbillonnaire, problèmes de contrôle, milieux poreux, Contrôle Non Destructif, ...). Ces problèmes sont étudiés à l’aide d’outils numériques spécifiquement conçus. Nous voulons ensuite développer des techniques performantes pour manipuler et contrôler les écoulements, des trajectoires et des structures. La réalisation de ces approches de contrôle nécessite au préalable des techniques d’analyse et des méthodes numériques appropriées. On s’oriente aussi dans certains cas vers la mise en place des modèles réduits appropriés pour modéliser et contrôler le problème à une coût moindre sans négliger pour autant la réalité physique. On ne peut donc pas clairement séparer la simulation numérique du contrôle, car dans plusieurs cas notre recherche s’oriente vers des conceptions et des applications qui se définiraient comme « contrôle et optimisation numérique ».

Ce thème est composé de :

  • méthodes particulaires (A. Herault, C. Mimeau et I. Mortazavi),
  • simulations robustes pour l’industrie d’automobile (F. Delassaux, S. Edwige, C. Jermann et I. Mortazavi),
  • calcul neutronique et simulation des chocs (T. Corot et Bertrand Mercier).

Une étude aérodynamique sur deux géométries simplifiées

Une étude aérodynamique est menée sur deux géométries simplifiées : le corps d’Ahmed 25° à arêtes vives [Ahm84] et le corps d’Ahmed 25° à arêtes arrondis [Ros16]. Une approche hybride RANS/LES est utilisée : le modèle DDES SST. Ce modèle tire les avantages des formulations RANS et LES. En proche paroi, dans les couches limites non décollées, le modèle fonctionne en RANS. Lorsque l’écoulement est massivement décollé, la formulation du modèle bascule en LES, permettant de résoudre plus précisément l’écoulement. Des simulations numériques ont été réalisées et comparées aux données expérimentales de [Ros16]. Plus de détails dans [Del17]. Les vidéos permettent d’observer les iso surfaces de critère $Q = 3 10^5$ ainsi que les différences de topologie d’écoulement autour des deux géométries étudiées.

[Amh84] Ahmed, S.R., Ramm, R. and Faltin, G. : Some salient features of the time-averaged ground vehicle wake, SAE Technical Paper Series, 840300, Detroit, (1984).
[Del17] Delassaux, F., Mortazavi, I., Herbert, V. and Ribes, C. : Numerical study of the flow around 25° Ahmed bodies with hybrid turbulence models. DLES11 will be published in the ERCOFTAC series book, 2017.
[Ros16] Rossitto, G., Sicot, C., Ferrand, V., Borée, J., and Harambat, F., ‘Influence of afterbody rounding on the pressure distribution over a fastback vehicle’, Experiments in Fluids 57:43, 2016.

Un exemple de contrôle passif d’écoulement autour d’un hémisphère à l’aide d’un revêtement poreux

Les simulations numériques directes, d’un écoulement incompressible tri-dimensionnel autour d’un hémisphère à Re=1000, ont été effectuées par une méthode de vortex-pénalisation qui permet de réaliser des calculs d’écoulement simultanés dans des milieux poreux et fluides. Les comparaisons (voir image) entre un hémisphère solide (gauche) et deux hémisphères recouverts d’une couche poreuse (centre) et d’un anneau poreux (droite) ont permis de constater que le dernier cas a une force de traînée réduite de 16% comparé au cas non contrôlé et assure une régularisation globale de l’écoulement, caractérisé entre autre par un sillage moins chaotique, aux structures tourbillonnaires moins développées. doi.org/10.1016/j.euromechflu.2017.03.002

Simulation d’un choc cylindrique réprésentant une explosion vapeur

Simulation d’un choc cylindrique réprésentant une explosion vapeur dans un réacteur nucléaire expérimental. La simulation est faite avec la méthode Lagrangienne présentée dans [1]. Dans la vidéo de gauche, on observe l’évolution du profil de pression, et donc la propagation de l’onde de choc, dans la piscine du réacteur. Dans la vidéo de droite, on observe l’évolution d’un maillage au cours du temps sur ce même cas test. On peut voir que les déformations du maillages, inévitables lors de l’utilisation de méthodes Lagrangiennes, n’entraînent pas de retournements de mailles et que donc la simulation de tels phénomènes peut se faire avec des méthodes Lagrangiennes.

[1] Théo, Corot & Mercier, B. (2017). A new nodal solver for the two dimensional Lagrangian hydrodynamics. Journal of Computational Physics. . 10.1016/j.jcp.2017.09.053.


Mis à jour le lundi 30 octobre 2017
, par Olivier Wilk

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