Instabilities, Turbulence and Coupling

Aerodynamics

Biological fluid flows (pulmonary and cardiovascular)

Flows for magnetic fusion - ITER

Hydrodynamics and wall transfers

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Instabilities, Turbulence and Coupling
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The ITC team develops expertise in numerical simulation and predictive analysis of flows in a lot of application areas focused on aeronautics, fusion, lung flows and hydrodynamic transfers. Innovative and optimized numerical methods are developed to address fundamental scientific issues, industrial applications, and current societal problems.
The team currently includes 12 researchers and is structured around 4 research axes :

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Dernières publications de l'équipe

  • Thomas Cartier-Michaud, Philippe Ghendrih, Virginie Grandgirard, Eric Serre. Verification and accuracy check of simulations with PoPe and iPoPe. Journal of Computational Physics, 2023, 474, pp.111759. ⟨10.1016/j.jcp.2022.111759⟩. ⟨hal-03871954⟩ Plus de détails...
  • Olivier Mesdjian, Chenglei Wang, Simon Gsell, Umberto D’ortona, Julien Favier, et al.. Longitudinal to Transverse Metachronal Wave Transitions in an In Vitro Model of Ciliated Bronchial Epithelium. Physical Review Letters, 2022, 129 (3), pp.038101. ⟨10.1103/PhysRevLett.129.038101⟩. ⟨hal-03741505⟩ Plus de détails...
  • Antoine Galko, Simon Gsell, Umberto d'Ortona, Laurent Morin, Julien Favier. Pulsated Herschel-Bulkley flows in two-dimensional channels: A model for mucus clearance devices. Physical Review Fluids, 2022, 7 (5), pp.053301. ⟨10.1103/PhysRevFluids.7.053301⟩. ⟨hal-03863329⟩ Plus de détails...
  • M. Nguyen, J. Boussuge, P. Sagaut, J. Larroya-Huguet. Large eddy simulation of a thermal impinging jet using the lattice Boltzmann method. Physics of Fluids, 2022, 34 (5), pp.055115. ⟨10.1063/5.0088410⟩. ⟨hal-03669901⟩ Plus de détails...
  • Guanxiong Wang, Song Zhao, Pierre Boivin, Eric Serre, Pierre Sagaut. A new hybrid lattice-Boltzmann method for thermal flow simulations in low-Mach number approximation. Physics of Fluids, 2022, 34 (4), pp.046114. ⟨10.1063/5.0091517⟩. ⟨hal-03796386⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

16 janvier - Développement de la méthode de Lattice Boltzmann pour la simulation de l'aérodynamique interne des moteurs électriques / Soutenance de thèse Stéphane CAPITAINE-VAILLANT
Doctorant Stéphane CAPITAINE-VAILLANT

Date : lundi 16 janvier à 13h30 ; Amphi 3 / Centrale Marseille

Résumé : L'électrification croissante du parc automobile fait apparaître de nouveaux verrous technologiques. Parmi eux, le refroidissement des moteurs électriques est étudié activement. Cet intérêt est induit par une forte demande de compacité et de puissance des moteurs électriques en vue de leur intégration dans un groupe moto-propulseur d’un véhicule. Les méthodes classiques de CFD basées sur la résolution des équations de Navier-Stokes, de par la complexité des écoulements étudiés (écoulements de Taylor-Couette turbulents avec une vitesse de rotation élevée), montrent leur limitation d'un point de vue du temps de calcul. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'étudier et de développer la méthode Lattice Boltzmann (LBM) dans le cas de l'aérodynamique interne des moteurs électriques, et plus particulièrement des échanges thermiques des zones fluides. Dans un premier temps, le contexte du sujet de thèse sera détaillé, avec notamment une description du refroidissement des moteurs électriques. Sera aussi présentée une étude bibliographique des écoulements de Taylor-Couette. Ensuite, une description de la LBM sera donnée. Les conditions limites, sujet non trivial pour cette méthode basée sur des variables mésoscopiques, sont abordées par la suite. Un état de l'art sur ce sujet permet de sélectionner les méthodes existantes les plus adaptées à la configuration étudiée. Les résultats des calculs lancés sur configurations académiques pour sonder la capacité de la LBM à simuler ces écoulements sont alors discutés et analysés. Pour finir, la dernière partie est consacrée à l'étude d'un cas industriel grâce à la méthodologie mise en place au préalable. 

Jury
Directeur de theseM. Pierre SAGAUTAix Marseille Université
RapporteurM. Nicolas GOURDAINISAE-Supaero
RapporteurM. Adrien TOUTANTUniversité de Perpignan
ExaminateurMme Lucie MERLIERUniversité Claude Bernard Lyon 1
ExaminateurM. Nicolas GOURDAINUniversité de Toulouse
ExaminateurM. Julien FAVIERAix Marseille Université
Co-encadrant de theseM. Julien BOHBOTIFPEN

13 janvier - Forçage volumique basé sur une méthode de type reconstruction pour un modèle de fermeture algébrique hybride RANS/LES / Soutenance de thèse Jérémie JANIN
Doctorant : Jérémie JANIN

Date : le vendredi 13 janvier à 14h - amphi 2 Centrale Marseille

Résumé : La prédiction des écoulements turbulents présente un intérêt majeur dans de nombreuses situations, y compris pour les études de sécurité nucléaire. Pour en améliorer la prédiction, ce travail s’intéresse aux approches hybrides RANS/LES, combinant faible coût des simulations RANS et capacité prédictive de la LES. Pour un traitement efficace de la transition RANS/LES, une nouvelle méthode de forçage est proposée. Cette méthode enrichit la turbulence résolue, via de nouveaux termes dans les équations du mouvement filtré. Une vitesse synthétique est construite via superposition de modes de Fourier aléatoires. Elle est paramétrable pour respecter divers critères cibles. Une attention particulière est portée sur la conservation de l’énergie cinétique turbulente totale. La méthode est testée avec succès sur l’entretien
d’une turbulence homogène isotrope. Les potentialités de la méthode hybride avec forçage sont illustrées dans le cas du jet plan ainsi que l’écoulement au sein du local ventilé CARDAMOMETTE.

Jury
  • Lars Davidson (Rapporteur)
  • Rémi Manceau (Rapporteur)
  • Paola Cinnella (Présidente du Jury)
  • Benoït de Laage de Meux (Examinateur)
  • Fabien Duval (Encadrant)
  • Christophe Friess (Encadrant)
  • Pierre Sagaut (Directeur de thèse)
1er décembre - Méthode de Boltzmann sur réseaux hybride: application aux écoulements compressibles complexes / Soutenance de thèse Thomas CORATGER
Doctorant Thomas CORATGER

Date : jeudi 1er décembre à 14h00 ; amphi.3, Centrale Marseille

Résumé : Le développement de la dynamique des fluides par des méthodes numériques a connu, durant les dernières décennies, un essor incontestable. Cela s'explique en grande partie par l'augmentation considérable des moyens de calcul, aidant les ingénieurs désireux de construire et d'étudier des nouveaux systèmes physiques. Les systèmes construits se doivent d'être les plus performants possibles afin de limiter les coûts mais également l'empreinte environnementale. L'optimisation des rendements est donc au centre des préoccupations de nombreux industriels. Expérimentalement, la réalisation de modèles à taille réelle est souvent coûteuse, ce qui rend ce type d'étude peu rentable. C'est la raison pour laquelle les outils numériques sont de plus en plus exploités pour les phases de recherche et développement au sein de la plupart des entreprises. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans cette démarche de modélisation des systèmes physiques et décrivent une méthode numérique innovante pour la résolution des équations de conservation relatives à la mécanique des fluides dans le cas des écoulements compressibles. Dans un premier temps, les fondements théoriques de la mécanique des fluides et de la thermodynamique sont exposés. Les avantages d'une résolution numérique sont illustrés avec une mise en avant de la théorie cinétique des gaz. A partir de cette introduction, la méthode de Boltzmann sur réseaux est introduite en tant qu'outil de modélisation limité aux écoulements incompressibles. Pour répondre à cette problématique, une dérivation rigoureuse du modèle compressible est présentée. Ce dernier se base sur un réseau incluant uniquement les plus proches voisins avec un couplage à une équation d'énergie résolue par une combinaison des méthodes volumes finis et différences finies. La démonstration s'appuie sur un développement de Taylor de l'équation de Boltzmann discrétisée. Un ensemble de caractéristiques, permettant de satisfaire les équations de Navier Stokes tout en stabilisant le modèle et en éliminant les modes non-hydrodynamiques, est présenté. Ce modèle est ensuite testé sur plusieurs applications présentant une complexité croissante. Pour cela, des ingrédients numériques, nécessaires à toute simulation compressible complexe, sont ajoutés au fur et à mesure. La mise en place de conditions aux limites, d'une méthode capture des chocs, de raffinements de maillages et d'un modèle de turbulence ont ainsi permis la simulation d'une aile Onera M6 entourée par un écoulement compressible et turbulent. Les propriétés de conservativité dans le cas de chocs forts sont ensuite étudiées et le modèle initial est modifié. Basée sur les caractéristiques du système d'Euler et sur un couplage fort avec les flux numériques de masse et de quantité de mouvement issus de la méthode de Boltzmann sur réseaux, un schéma conservatif pour l'équation d'énergie est dérivé. Il est évalué via un ensemble de tests complexes où ses propriétés conservatives sont largement mises en avant. Ce travail se termine par une étude du traitement des conditions aux limites liées à la méthode compressible. Les défauts de la méthode d'interpolation des variables macroscopiques sur les noeuds proches des parois initialement proposée sont mis en avant et certaines pistes d'amélioration sont proposées. Elles se basent notamment sur les fonctions de distribution propres à la méthode de Boltzmann sur réseaux et sur une résolution par volume finis sur les cellules les plus proches de la paroi. Cette approche a pour objectifs principaux de préserver la masse globale du fluide et de résoudre plus clairement les équations de conservation sur ces cellules particulières en se servant de points fictifs à l'intérieur du domaine solide.

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Pierre BOIVIN M2P2
Rapporteur M. Aziz HAMDOUNI La Rochelle Université
Rapporteur M. Florian DE VUYST UT Compiègne
Examinateur Mme Maria VITTORIA SALVETTI Università di Pisa
Examinateur M. Sébastien DECK ONERA, Meudon
Examinateur M. Lionel LARCHEVêQUE Aix-Marseille Université
Président M. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers