Instabilité, turbulence et contrôle

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Hydrodynamique et transferts pariétaux

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Présentation

L’équipe développe une expertise en simulation numérique et analyse prédictive d’écoulements dans des domaines d'applications centrés sur l’aéronautique, la fusion, les écoulements pulmonaires et les transferts hydrodynamiques. Des méthodes numériques innovantes et optimisées y sont développées pour répondre à des enjeux scientifiques fondamentaux, des applications industrielles, et des problématiques sociétales actuelles.
L’équipe compte actuellement 10 chercheurs et enseignants chercheurs, et se structure autour de 4 axes de recherche :

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Dernières publications de l'équipe

  • Uwe Ehrenstein. Thrust and drag scaling of a rigid low-aspect-ratio pitching plate. Journal of Fluids and Structures, Elsevier, 2019, 87, pp.39-57. 〈10.1016/j.jfluidstructs.2019.03.013〉. 〈hal-02090856〉 Plus de détails...
  • Philippe Meliga, E. Hachem. Time-accurate calculation and bifurcation analysis of the incompressible flow over a square cavity using variational multiscale modeling. Journal of Computational Physics, Elsevier, 2019, 376, pp.952-972. 〈hal-01946893〉 Plus de détails...
  • Lucie Merlier, Jérôme Jacob, Pierre Sagaut. Lattice-Boltzmann large-eddy simulation of pollutant dispersion in complex urban environment with dense gas effect: Model evaluation and flow analysis. Building and Environment, Elsevier, 2019, 148, pp.634-652. 〈hal-01995325〉 Plus de détails...
  • Simon Gsell, Rémi Bourguet, Marianna Braza. One- versus two-degree-of-freedom vortex-induced vibrations of a circular cylinder at Re=3900. Journal of Fluids and Structures, Elsevier, 2019, 85, pp.165-180. 〈10.1016/j.jfluidstructs.2019.01.006〉. 〈hal-02062155〉 Plus de détails...
  • Marcello Meldi, L. Djenidi, R. Antonia. Reynolds number effect on the velocity derivative flatness factor. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2018, 856, pp.426-443. 〈hal-01947035〉 Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Mercredi 3 Avril 2019 - Modélisation à l'échelle des sous-filtres algébriques explicites pour les méthodes de type DES et extension aux écoulements à densité variable / Soutenance de thèse de Adithya RAMANATHAN KRISHNAN
Doctorant : Adithya RAMANATHAN KRISHNAN

Date de la soutenance : Mercredi 3 Avril 2019 à 14h00 / M2P2 UMR7340 Centrale Marseille, Amphithéâtre 3 

Résumé de la thèse :
Suite à l'accident nucléaire de Fukushima Daiichi, de nombreux projets ont été mis en place pour comprendre les phénomènes associés au risque de combustion. Le rôle de l'IRSN est de développer un modèle de turbulence générique dans le logiciel interne P2REMICS afin de mener des études de sûreté concernant les dangers de l'hydrogène. Dans cette thèse, l'objectif est d'améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d'un modèle à l'échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Le travail de validation est réalisé au regard des données DNS disponibles dans la littérature pour l'écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et le écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation (E-DES), aboutissant au modèle hybride explicite algébrique (EAHSM). L'étalonnage de la constante de modèle est effectué sur la décroissance de la turbulence isotrope. Après cela, des simulations 3D sont effectuées pour deux résolutions de maillage sur les deux cas mentionnés précédemment. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des écoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l'EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogènement cisaillé, en stratification stable, et l'écoulement de canal entièrement développé avec une stratification stable pour différents nombres de Richardson de frottement. 

Mots Clés : Turbulence, écoulements stratifiés, modélisation

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Rémi MANCEAU Laboratoire de mathématiques et de leurs applications - Pau (LMAP)
Rapporteur Mme Anne TANIERE University of Lorraine
Examinateur M. Thomas GOMEZ Université de Lille, LMFL
Examinateur M. Fabien DUVAL Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
Examinateur M. Christophe FRIESS Aix Marseille Université / M2P2
Mercredi 27 Mars 2019 - Modélisation de paroi en simulation des grandes échelles dans une turbomachine / Soutenance de thèse de Mathieu CATCHIRAYER
Doctorant : Mathieu CATCHIRAYER 

Date de la soutenance :  Mercredi 27 Mars 2019 à 14h00 /  CERFACS 42 Avenue Gaspard Coriolis 31057 Toulouse ; Salle Jean-Claude André 

Résumé de la thèse
Au regard des défis énergétiques rencontrés par les motoristes aéronautiques, une meilleure compréhension des écoulements régissant leurs turbomachines est nécessaire. La simulation aux grandes échelles (LES) est une approche adaptée à cette quête d'innovation. Cependant, son coût de résolution d'une couche limite aux nombres de Reynolds rencontrés en aéronautique est prohibitif par rapport aux moyens de calcul actuels. Une manière de surmonter cette limitation est de recourir à une approche WMLES (Wall-Modeled LES). Elle consiste à ne résoudre que la zone externe d'une couche limite et à en extraire les données nécessaires à l'estimation des flux pariétaux par un modèle de paroi, qui va modéliser les effets de la zone interne. La WMLES ne dispose toutefois pas encore d'un niveau de maturité suffisant pour être appliquée sur des géométries industrielles. Cela s'explique notamment par l'absence d'un modèle de paroi adapté à de tels écoulements. L'objectif de cette thèse est ainsi d'accélérer l'emploi d'une approche WMLES pour prédire les écoulements présents dans les turbomachines. À cette fin, un modèle de paroi est développé : l'iWMLES (integral WMLES). Ce modèle est basé sur une résolution des équations de couche limite intégrales à partir de profils de vitesse et de température paramétrisés, ce qui lui permet d'être peu gourmand en ressources de calcul et simple d'utilisation. Dans un premier temps, l'aptitude de l'iWMLES à prendre en compte les effets de compressibilités, thermiques et de gradients de pression caractérisant les couches limites d'une turbomachine est démontrée sur des écoulements académiques. Il s'avère en particulier que l'iWMLES permet d'obtenir des résultats en accord avec les données de référence à un coût de calcul un à deux ordres de grandeurs plus faible qu'un modèle de paroi numérique supposant pourtant une physique pariétale plus simple. Finalement, l'iWMLES est appliquée sur un étage de compresseur axial, démontrant sa robustesse. De plus, en comparant les résultats avec ceux d'une LES, il est montré qu'une approche WMLES peut être considéré pour prédire l'écoulement dans de telles géométries. Toutefois, des erreurs importantes peuvent être générées selon la stratégie de maillage employée.

Mots Clés : WMLES, modèle de paroi, couche limite, turbomachine    

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Éric LAMBALLAIS Université de Poitiers
Rapporteur M. Nicolas GOURDAIN ISAE-Supaero
Examinateur M. Sébastien DECK ONERA
Examinateur M. Franck NICOUD Université de Montpellier
Examinateur Mme Maria Vittoria SALVETTI Università Di Pisa   
21 Mars 2019 - Optimisation de forme avec la méthode adjointe appliquée aux équations de Lattice-Boltzmann en aérodynamique externe / Soutenance de thèse Isabelle CEYLAN
Doctorant : Isabelle CHEYLAN 

Date de la soutenance :  Jeudi 21 Mars 2019 à 10h30 /  M2P2 UMR7340 Centrale Marseille, Amphithéâtre 1 

Résumé de la thèse: 
Cette thèse a pour objectif le développement d'un solveur adjoint dans ProLB, le logiciel d'aérodynamique basé sur la méthode de Lattice-Boltzmann utilisé chez Renault. Ce solveur adjoint permettra de calculer les sensibilités surfaciques des efforts aérodynamiques d'un obstacle par rapport à la forme de celui-ci. Dans un premier temps, l'étude de cas 2D laminaires permettra de détailler le développement du solveur adjoint étape par étape. Les complexités apportées par l'étude d'un cas 3D turbulent à grandes échelles seront ensuite expliquées, puis les modifications apportées au solveur adjoint seront détaillées afin de pouvoir l'utiliser dans un contexte industriel. Les différentes hypothèses retenues pour le développement du solveur adjoint seront justifiées et documentées, afin d'arriver à un solveur adjoint opérationnel en industrie. Le solveur adjoint permettra ainsi de savoir où déformer un véhicule afin de le rendre plus performant en terme d'aérodynamique. L'objectif à terme est de déformer, par des techniques de morphing, la forme d'un véhicule afin d'améliorer la force de traînée agissant sur celui-ci. 

Mots Clés : Lattice-Boltzmann, Optimisation de forme, Méthode adjointe, Aérodynamique, CFD

Jury :
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. François DUBOIS Conservatoire National des Arts et Métiers
Rapporteur M. Christophe CORRE Ecole Centrale de Lyon
Examinateur M. Grégoire ALLAIRE Ecole Polytechnique
Examinateur M. Julien FAVIER Aix Marseille Université / M2P2
Examinateur M. Denis RICOT Renault
Examinateur Mme Maria Vittoria SALVETTI University of Pisa