Instabilité, turbulence et contrôle

Aérodynamique et contrôle

Ecoulements tournants

Interactions fluide/structure

Turbulence plasma et MHD

Méthodes numériques et modélisation

suite...

Présentation

Le groupe « Instabilité, Turbulence et Contrôle» développe des analyses prédictives basées sur des approches numériques et théoriques dans des domaines d'applications centrées sur le transport, la géophysique et l'énergie. Son activité se caractérise par un fort développement méthodologique et de modélisation de la turbulence pour la simulation des équations de conservation. Le groupe composé de 12 permanents se structure autour de 5 axes de recherche principaux:

Responsables

x >

Annuaire personnel permanent

x >

Doctorants, Post-Doctorants et CDD

x >

Dernières publications de l'équipe

  • Jessica Sari, Francesco Cremonesi, Mehdi Khalloufi, François Cauneau, Philippe Meliga, et al.. Anisotropic adaptive stabilized finite element solver for RANS models. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Wiley, 2018, 86 (11), pp.717-736. 〈10.1002/fld.4475〉. 〈hal-01629274〉 Plus de détails...
  • Myriam Slama, Cédric Leblond, Pierre Sagaut. A Kriging-based elliptic extended anisotropic model for the turbulent boundary layer wall pressure spectrum. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2018, 840, pp.25 - 55. 〈10.1017/jfm.2017.810〉. 〈hal-01706751〉 Plus de détails...
  • Pierre-Yves Passaggia, Uwe Ehrenstein. Optimal control of a separated boundary-layer flow over a bump. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2018, 840, pp.238 - 265. 〈10.1017/jfm.2018.6〉. 〈hal-01708850〉 Plus de détails...
  • Olivier Lafforgue, Isabelle Seyssiecq, Sébastien Poncet, Julien Favier. Rheological properties of synthetic mucus for airway clearance. Journal of Biomedical Materials Research Part A, Wiley, 2018, 106 (2), pp.386 - 396. 〈10.1002/jbm.a.36251〉. 〈hal-01678912〉 Plus de détails...
  • Pierre Magnico. Spatial distribution of mechanical forces and ionic flux in electro-kinetic instability near a permselective membrane. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2018, 30 (1), pp.014101. 〈10.1063/1.5007930〉. 〈hal-01682986〉 Plus de détails...
x >

Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

18 décembre 2017 - Contrôle des vibrations induites par vortex dans le sillage d'un cylindre monté sur ressort / Soutenance de thèse Eddy CONSTANT
Doctorant: Eddy CONSTANT

Date de la soutenance : Lundi 18 Décembre 2017 à 14:00, amphithéâtre de la Jetée, Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse
Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la simulation et du contrôle des vi- brations de structures montées sur ressort qui peuvent apparaître sous l’effet de l’interaction avec l’écoulement de sillage instationnaire. Le contrôle de ce phé- nomène, appelé Vibrations Induites par Vortex (VIV), est un enjeu critique dans l’optimisation de nombreux systèmes, notamment en aérodynamique autour des voilures d’avion et en hydrodynamique autour de structures offshore. Dans cette thèse, une méthode de frontières immergées (IBM) a été inté- grée dans l’algorithme PISO du code OpenFOAM, dédié à la simulation d’écou- lements fluides incompressibles. La méthode de frontières immergées permet une représentation précise de corps fixes ou en mouvement, tout en conservant des maillages structurés conduisant à des algorithmes plus précis et efficaces en termes de performances numériques. Un schéma itératif basé sur des sous- itérations entre l’IBM et la correction de pression a été intégré dans le solveur PISO, permettant de conserver un solveur de Poisson rapide tout en satisfaisant simultanément la condition d’incompressibilité de l’écoulement et la condition de non-glissement à la surface. Pour calculer la divergence de l’équation de quantité de mouvement dans la boucle PISO et l’interpolation des flux, un calcul hybride orignal a été proposé avec une résolution analytique utilisant l’équation de la fonction noyau des quantités impliquant le terme force de l’IBM (quantités sin- gulières). Un soin particulier a été apporté à la vérification et à la validation du nouvel algorithme. La convergence en maillage de différentes erreurs a été mon- trée au moyen d’une solution manufacturée, permettant d’analyser aussi bien les erreurs de discrétisation que les erreurs relatives à l’IBM. Le nouvel algorithm a été par la suite étendu au formalisme RANS et DDES proposés dans OpenFOAM pour la simulation d’écoulements en régimes turbulents. Une loi de paroi a été intégrée dans la méthode IBM permettant de modéliser les fines couches limites qui se développent autour des corps à grand nombre de Reynolds. Le travail de validation a été réalisé au regard des données expérimentales et numériques disponibles dans la littérature pour l’étude d’écoulements autour de cylindres et de sphères, sur une large gamme de nombres de Reynolds. Avec l’objectif de développer des lois de contrôle optimal pour le VIV, basées sur les mécanismes d’instabilité linéaire du système couplé dans le cadre de la théorie du contrôle, un solveur adjoint a été développé et validé dans OpenFOAM. 

Mots clés : Aérodynamique, Elasticité, Mécanique des Fluides, Contrôle d'écoulement, Vibrations induites par vortex, Instabilité 

Jury:
Directeur de these Eric SERRE CNRS UMR7340
Rapporteur Elie HACHEM Mines Paris Tech.
Rapporteur Alfredo PINELLI City University of London
Examinateur Julien REVEILLON Université de ROUEN, CORIA
Examinateur Michael SCHAEFER TU Darmstadt
CoDirecteur de these Julien FAVIER Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Philippe MELIGA CNRS UMR7340

8 décembre 2017 - Modélisation numérique du transport et de la turbulence dans le plasma de bord des tokamaks avec configuration divertor / Soutenance de thèse Davide GALASSI
Doctorant : Davide GALASSI

Date de la soutenance : Vendredi 8 Décembre 2017 à 15:00, Faculté des Sciences Aix-Marseille Université, 52 Avenue Escadrille Normandie Niemen
13013 Marseille, Salle Multimédia 

Résumé de la thèse
La fusion nucléaire pourrait offrir une nouvelle source d'énergie stable, non émettrice de CO2 et pérenne. Aujourd’hui, les tokamaks offrent les meilleures performances, en confinant un plasma à haute température au moyen d’un champ magnétique. Deux des enjeux technologiques majeurs pour l'exploitation des tokamaks sont l’extraction de puissance et le confinement du plasma sur des temps longs. Ces enjeux sont associés au transport de particules et de chaleur, déterminés par la turbulence, depuis le plasma centrale vers la zone de bord. Dans cette thèse, nous sommes intéressés par la modélisation de la turbulence dans la région de bord du plasma dans le tokamak. En particulier, nous étudions la configuration divertor, adoptée par la plupart des tokamaks, dans laquelle le plasma central est isolé des parois au moyen d’un champ magnétique additionnel. Cette géométrie magnétique complexe est simulée avec le code de turbulence fluide TOKAM3X, né de la collaboration de l'IRFM au CEA et du laboratoire M2P2 de l'Université Aix-Marseille.
Une comparaison avec des simulations en géométrie simplifiée montre une nature intermittente similaire de la turbulence. Néanmoins, l'amplitude des fluctuations, maximale au plan équatorial, est fortement réduite près du point X, où les lignes de champ deviennent purement toroïdales, en accord avec les données expérimentales récentes. Les simulations en configuration divertor montrent un confinement significativement plus élevé que en géométrie circulaire. Une inhibition partielle du transport radial de matière au niveau du point X contribue à cette amélioration. Ce mécanisme est potentiellement important pour comprendre la transition du mode de confinement faible au mode de confinement élevé, le mode opérationnel prévu pour ITER.

Mots clés : Modélisation, tokamak, turbulence, transport, plasma, divertor

Jury:
Directeur de these Eric SERRE CNRS M2P2 / AMU
Rapporteur Paolo RICCI École polytechnique fédérale de Lausanne
Rapporteur Pascale HENNEQUIN Ecole Polytechnique
Examinateur Giovanni LAPENTA University of Leuven
Directeur de these Domiziano MOSTACCI University of Bologna
CoDirecteur de these Guido CIRAOLO CEA IRFM - Centrale Marseille
Invité   Benjamin DUDSON   University of York
Invité   Patrick TAMAIN    CEA IRFM
17 Novembre 2017 - Généralisation des modèles stochastiques de pression turbulente pariétale pour les études vibro-acoustiques via l'utilisation de simulations RANS / Soutenance de thèse Myriam SLAMA
Doctorante:  Myriam SLAMA

Date de soutenance: Vendredi 17 Novembre 2017 à 10:00 Amphithéâtre A de l'Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse:
Le développement d’une couche limite turbulente sur des structures entraîne des vibrations et des nuisances sonores. Celles-ci sont estimées par des calculs vibro-acoustiques qui nécessitent le spectre de pression pariétale turbulente en fréquence-nombre d’onde. Ce spectre est généralement calculé via des modèles empiriques. Or ces modèles ont un domaine de validité très restreint et ne permettent pas de prendre en compte correctement les effets de gradient de pression dus aux courbures des structures par exemple. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une méthode est proposée pour calculer les corrélations spatio-temporelles de pression pariétale à partir d’une solution sous forme intégrale de l’équation de Poisson. Le spectre de pression est obtenu à partir de la transformation de Fourier de ces corrélations. L’expression retenue pour ces dernières fait intervenir les dérivées d’une fonction de Green ainsi que les champs de la vitesse moyenne et des tensions de Reynolds qui sont obtenus par simulation RANS. Elle fait aussi intervenir des coefficients de corrélation de vitesse spatio-temporelle qui doivent être modélisés. Pour cela, un nouveau modèle de coefficient de corrélation spatiale a été développé : l’Extended Anisotropic Model (EAM). Pour réaliser le calcul des corrélations et du spectre de pression, une méthode numérique, appelée KEAM pour Kriging-based Extended Anisotropic Model, a aussi été développée. Elle fait intervenir la modélisation des coefficients de corrélation via l’EAM ainsi qu’une stratégie d’échantillonnage adaptatif combinée à du krigeage. Cette dernière permet de réduire le nombre de valeurs de corrélation de pression nécessaires pour obtenir le spectre de pression pariétale et donc de réduire le temps de calcul. Dans un premier temps, la méthode est appliquée à un écoulement de couche limite turbulente sur plaque plane afin de la valider. Les spectres de pression obtenus concordent bien avec les modèles empiriques. La méthode est ensuite appliquée à un écoulement au-dessus d’un profil NACA-0012 avec un gradient de pression adverse. Le modèle permet de retrouver les tendances observées dans la littérature.  

Mots clés : turbulence, pression pariétale, formulation intégrale, équation de Poisson

Jury
Directeur de thèse Pierre SAGAUT Université d'Aix-Marseille
Examinateur Cédric LEBLOND         Naval Group
Rapporteur Luminita DANAILA         Université de Rouen, laboratoire CORIA
Rapporteur Xavier GLOERFELT ENSAM - Arts et Métiers ParisTech, laboratoire DynFluid
Examinateur Régis MARCHIANO UPMC, laboratoire d'Alembert
Examinateur Fabien ANSELMET Ecole Centrale Marseille, laboratoire IRPHE