Thermodynamique, Ondes, Numérique, Interfaces, Combustion

Effets thermiques dans les systèmes en rotation

Ondes et interfaces immergées

Modélisation des écoulements multiphasiques réactifs

Modélisation et simulation de la propagation des feux de forêts

Thermodynamique des mélanges

Présentation

L’équipe TONIC (Thermodynamique, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion) développe une activité de modélisation de phénomènes fortement multi-échelles. Elle couvre notamment les écoulements multiphasiques et/ou réactifs, depuis l’échelle de l’injecteur isolé (quelques mm) à l’échelle du feu de forêt pleinement développé (plusieurs hectares). 
Des méthodes numériques adaptées sont développées en parallèle, notamment pour l’imagerie des sols (détection de nappes par analyse acoustique), ou encore pour la modélisation des transferts radiatifs.

En parallèle à ces développements à caractère très multi-échelle, des travaux analytiques sont menés en appui à la construction de modèles. Un important effort de recherche est accordé à la modélisation de la thermodynamique des mélanges multiphasiques (calculs d’équilibre thermochimique, fermetures thermodynamiques complexes), ou encore au développement de modèles cinétiques réduits pour la combustion.

Responsable

x >

Annuaire personnel permanent

  • Chargé de Recherche CNRS
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Professeur Centrale Marseille
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Professeur émérite AMU
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Maître de Conférences AMU
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Professeur des Universités AMU
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Professeur émérite AMU
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Directeur de Recherche CNRS
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Chargée de Recherche CNRS
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • Maître de Conférences AMU - HDR
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
x >

Doctorants, Post-Doctorants et CDD

  • équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Doctorant
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
  • équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Doctorant AMU
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Doctorant
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Post Doctorant
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
x >

Dernières publications de l'équipe

  • S. Zhao, G. Farag, Pierre Boivin, P. Sagaut. Toward fully conservative hybrid lattice Boltzmann methods for compressible flows. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2020, 32 (12), pp.126118. ⟨10.1063/5.0033245⟩. ⟨hal-03087980⟩ Plus de détails...
  • Erwan Deriaz, Pierre Haldenwang. Non-linear CFL Conditions Issued from the von Neumann Stability Analysis for the Transport Equation. Journal of Scientific Computing, Springer Verlag, 2020, 85 (1), ⟨10.1007/s10915-020-01302-0⟩. ⟨hal-03005874⟩ Plus de détails...
  • Kai Zhang, Aymeric Lamorlette. An extensive numerical study of the burning dynamics of wildland fuel using proposed configuration space. International Journal of Heat and Mass Transfer, Elsevier, 2020, 160, pp.120174. ⟨10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120174⟩. ⟨hal-02960139⟩ Plus de détails...
  • Dan Feng, Laure Malleret, Guillaume Chiavassa, Olivier Boutin, Audrey Soric. Biodegradation capabilities of acclimated activated sludge towards glyphosate: Experimental study and kinetic modeling. Biochemical Engineering Journal, Elsevier, 2020, 161, pp.107643. ⟨10.1016/j.bej.2020.107643⟩. ⟨hal-02960167⟩ Plus de détails...
  • Zhen-Hua Jiang, Xi Deng, Feng Xiao, Chao Yan, Jian Yu. A Higher Order Interpolation Scheme of Finite Volume Method for Compressible Flow on Curvilinear Grids. Communications in Computational Physics, Global Science Press, 2020, 28 (4), pp.1609-1638. ⟨10.4208/cicp.OA-2019-0091⟩. ⟨hal-02960145⟩ Plus de détails...
x >

Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Vendredi 18 décembre à 10h00 - Instabilités strato-rotationelles : calcul intensif et expérience / Soutenance de thèse Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA
Doctorant : Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA            
  
Date de la soutenance :  le 18 décembre 2020 à 10h00, au bâtiment AZFD de la Brandenburg University of Technology Cottbus – Senftenberg

Abstract : 

Les vortex en écoulements stratifiés peuvent se manifester à petite et grande échelles dans les applications géophysique et astrophysique. Dans le contexte astrophysique, les disques d’accrétion (à partir desquels les systèmes solaires sont formés) peuvent être considérés comme des tourbillons en milieux stratifiés. En ce qui concerne la formation des planètes, la compréhension des mécanismes qui peuvent entraîner un transport vers l’extérieur du moment cinétique constitue par conséquent un problème central. Pour qu’une planète ou une étoile se forme dans un disque, le moment angulaire doit être transporté loin de son centre afin de permettre l’agrégation de matière par gravité; sinon, sa vitesse de rotation serait beaucoup trop grande pour permettre cette agrégation de matière (et la formation d’étoiles qui en résulte). Dans de tels systèmes constitués de gaz, la turbulence est le mécanisme le plus probable permettant de réaliser un transport de moment angulaire aussi important. Cependant, il a été montré que le profil des écoulements des disques d’accrétion est stable et la question se pose de savoir com-ment la turbulence peut être générée. Parmi les autres candidats, l’instabilité strato-rotationnelle (SRI) a attiré l’attention ces dernières années. SRI est une instabilité purement hydrodynamique qui peut être modélisée par un système classique de Taylor-Couette (TC) avec une stratification stable due à un gradient axial de salinité ou de température. Dans cette thèse, on proposes une étude à la fois expérimentale et numérique en se focalisant sur la mise en évidence de nouveaux comportements spécifiques à l’instabilité strato-rotationnelle (SRI). La stratification axiale provoque un changement de la transition de l’instabilité marginale par rapport au système classique non stratifié TC, rendant l’écoulement instable dans les régions où sans stratification il resterait stable. Cette caractéristique fait de l’instabilité SRI un phénomène pertinent dans les domaines planétaire et astrophysique, en particulier dans la théorie de la formation des disques d’accrétion. Malgré de nombreuses avancées dans la compréhension des écoulements strato-rotationnels,la confrontation de données expérimentales avec des simulations numériques non linéaires est pertinente, car elle implique à la fois les aspects linéaires ainsi que les interactions non linéaires des modes SRI qui doivent encore être mieux compris. Ces comparaisons révèlent également de nouveaux phénomènes et motifs non linéaires encore jamais observés pour les SRI, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des écoulements géophysiques. Le dispositif expérimental conçu pour étudier ces phénomènes liés à l’instabilité SRI consiste en deux cylindres qui peuvent tourner indépendamment, la cavité étant remplie avec de l’huile de silicone. Afin d’obtenir une stratification stable le long de l’axe du cylindre, le couvercle inférieur de l’installation est refroidi tandis que sa partie supérieure est chauffée. Le champ résultant de la rotation des cylindres interagissant avec la stratification de densité stable est mesuré en utilisant la technique de vélocimétrie par image de particules (PIV). Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur des cas à nombres de Reynolds modérés (Re, basé sur le rayon du cylindre intérieur et les vitesses angulaires), variant entre Re=300 et Re=1300. Le rapport de rotation entre cylindres extérieur et intérieur est fixé à μ=Ωout/Ωin=0.35, une valeur légèrement inférieure au profil de vitesse képlérien, mais au delà de la limite de Rayleigh. Cette configuration expérimentale est également étudiée par simulations numériques directes à l’aide d’un code parallèle incompressible avec une approximation de Boussinesq, basé sur des schémas compacts d’ordre élevé et des séries de Fourier.D’un point de vue algorithmique, une décomposition bi-dimensionnelle est mise en œuvre afin d'obtenir une parallélisation efficace.

Jury :
Directeur de thèse:  Stéphane Viazzo (Aix-Marseille Université, M2P2)   
Directeur de thèse:  Uwe Harlander (BTU Cottbus-Seftenberg)
Rapporteur:  Innocent Mutabazi (Université du Havre) 
Rapporteur: Christoph Egbers ( BTU Cottbus-Seftenberg)
Examinatrice:  Caroline Nore (Université Paris Saclay)
Examinatrice:  Nikki Verkauteren (FU-Berlin)
Invité:  Fred Feudel (Universität Potsdam)
Invité: Stéphane Abide (Université de Perpignan) 

Mercredi 16 décembre à 14h00 - Development of Combustion Modelling within Lattice Boltzmann Framework / Soutenance de thèse Muhammad TAYYAB
Doctorant : Muhammad TAYYAB            
  
Date de la soutenance :  le 16 décembre 2020 à 14h00

Abstract : 

Computational Fluid Dynamics (CFD) has become a must-have design tool in the industry, where simulations are used to continuously improve geometries and designs. The external aerodynamics community has recently witnessed a paradigm shift, from Navier-Stokes based solvers to Lattice Boltzmann (LB) solvers. Unsurprisingly, this change was mostly motivated by costs, which were roughly divided by ten in the process. Unfortunately for the combustion community, also a big CFD client, this paradigm shift involved an iso-thermal flow assumption, incompatible with reactive flows in combustion. The objective of this thesis is to lift this limitation and extend the LB method to cope with reactive flows.
Two different hybrid LB models are detailed in this work which are capable of computing various different combustion processes. The LB solver consists of a regularized thermal LB method based on the standard lattices (D2Q9, D3Q19) and the pressure is linked to the ideal gas law. The classical Finite Difference (FD) schemes are used to solve energy and species conservative equations. The methods are compressible and incorporate full thermo-fluid coupling. Validations are then performed on a wide variety of test cases, from 1D freely propagating premixed flame and 2D counter-flow diffusion flame, to complete unsteady simulation of a 1.5m combustion test rig. The accuracy of the method is demonstrated by comparing simulations of thermo-diffusive instabilities with experimental data. A 3D DNS benchmark is also presented, to show that the cost reduction obtained in the field of external aerodynamics is also achievable for reacting flows; perhaps providing the most important conclusion of this work.

Jury: 

Rapporteur du jury : E.FROUZAKIS CHRISTOS
Rapporteur du jury : MURA ARNAUD
Membre du jury : H. LUO KAI
Membre du jury : JIMENEZ CARMEN
Membre du jury : SAGAUT PIERRE
Directeur : BOIVIN PIERRE
Co-Directeur : HALDENWANG PIERRE