Thermodynamique, Ondes, Numérique, Interfaces, Combustion

Thermal effects in rotating systems

Waves and immersed interfaces

Modeling of reactive multiphase flows

Modeling and simulation of forest fire propagation

Mixture thermodynamics

Thermodynamics, Numerical Waves, Interfaces, Combustion Team
Présentation

The TONIC team is developing an activity of modeling of strongly multi-scale phenomena. It covers in particular multiphase and/or reactive flows, from the scale of the isolated injector (a few mm) to the scale of a fully developed forest fire (several hectares). 
Adapted numerical methods are developed in parallel, in particular for soil imaging (detection of slicks by acoustic analysis), or for the modeling of radiative transfers.

In parallel to these multi-scale developments, analytical work is carried out to support the construction of models. An important research effort is devoted to the modeling of the thermodynamics of multiphase mixtures (thermochemical equilibrium calculations, complex thermodynamic closures), or to the development of reduced kinetic models for combustion.

Responsable

  • Chargé de Recherche CNRS - HDR
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
x >

Annuaire personnel permanent

  • Chargé de Recherche CNRS - HDR
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Professeur Centrale Marseille
    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
  • Post Doctorant
    équipe Thermodynamiques, Ondes, Numérique, Interfaces et Combustion
x >

Doctorants, Post-Doctorants et CDD

x >

Dernières publications de l'équipe

  • Jacky Fayad, Gilbert Accary, Frédéric Morandini, François-Joseph Chatelon, Lucile Rossi, et al.. Numerical Assessment of Safe Separation Distance in the Wildland-Urban Interfaces. Fire, 2023, 6 (209), ⟨10.3390/fire6050209⟩. ⟨hal-04101026⟩ Plus de détails...
  • G. Farag, P. Boivin, P. Sagaut. Linear interaction approximation for shock/disturbance interaction in a Noble–Abel stiffened gas. Shock Waves, 2023, ⟨10.1007/s00193-023-01131-8⟩. ⟨hal-04097657⟩ Plus de détails...
  • Song Zhao, Karthik Bhairapurada, Muhammad Tayyab, Renaud Mercier, Pierre Boivin. Lattice-Boltzmann modelling of the quiet and unstable PRECCINSTA burner modes. Computers and Fluids, 2023, pp.105898. ⟨10.1016/j.compfluid.2023.105898⟩. ⟨hal-04085625⟩ Plus de détails...
  • Jacky Fayad, Morandini Frédéric, Gilbert Accary, François-Joseph Chatelon, Clément Wandon, et al.. A Study of Two High Intensity Fires across Corsican Shrubland. Atmosphere, 2023, ⟨10.3390/atmos14030473⟩. ⟨hal-04007587⟩ Plus de détails...
  • Said Taileb, Alejandro Millán-Merino, Song Zhao, Pierre Boivin. Lattice-Boltzmann modeling of lifted hydrogen jet flames: A new model for hazardous ignition prediction. Combustion and Flame, 2022, 245, pp.112317. ⟨10.1016/j.combustflame.2022.112317⟩. ⟨hal-03796395⟩ Plus de détails...
x >

Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

10 mars 2023 - Modélisation des écoulements induits par le feu à l'aide des méthodes de Lattice Boltzmann / Soutenance de thèse Mostafa Taha
Doctorant : Mostafa TAHA

Date : le 10 mars 2023 à 14h00 / Amphi 3 ; Centrale Marseille - Plot 6

Résumé : En raison de leur coût de calcul attractif, leurs capacités pour le calcul massivement parallèle, et la facilité à traiter des géométries complexes en utilisant des maillages cartésiens à plusieurs niveaux, les méthodes de Boltzmann sur réseau (LBM) ont connu un intérêt accru dans les domaines universitaire et industriel lors de la dernière décennie. Dans ce travail de doctorat, et pour la première fois, une méthode de Boltzmann sur réseau hybride à base de pression est développée pour simuler des écoulements contrôlés par les forces de flottabilité caractéristiques des incendies avec haute fidélité. Les formulations compressibles et à faible nombre de Mach sont considérées et sont couplées avec des modèles de turbulence et de combustion à l'état de l'art afin de prédire correctement le comportement instationnaire et les caractéristiques de ces écoulements. La cohérence, la mise en œuvre et la robustesse de la LBM proposée sont vérifiées par des cas test canoniques 1-D et 2-D, impliquant la colonne de pression 1-D et les instabilités 2-D de Rayleigh-Bénard et Rayleigh-Taylor. Le modèle LBM est ensuite appliqué à la simulation aux grands échelles (LES) des champs proche et lointain de panaches contrôlés par les forces de flottabilité, chacune de ces régions étant caractérisée par sa propre dynamique. La LES de la région de type panache (c.-à-d. champ lointain) montre la capacité du modèle à reproduire le comportement caractéristique de la région de champ lointain d’un panache forcé. Les profils axiaux et radiaux de vitesse et de température concordent bien avec les données expérimentales, théoriques et numériques. La simulation d'un panache d’hélium de grande taille est ensuite effectuée pour évaluer la capacité du modèle à reproduire la dynamique de la région en champ proche.  Différents modèles de turbulence de sous-maille sont comparés dans ces simulations et il a été constaté, comme dans les études précédentes, que les résultats sont plus sensibles à la résolution spatiale qu’au modèle de turbulence. Il est essentiel d’avoir un maillage bien résolu à la base du panache pour saisir la formation d’instabilités entraînées par la flottabilité qui se développent pour générer des structures turbulentes et régir la dynamique du panache. Le mécanisme de "puffing" a été correctement prédit et les profils axiaux et radiaux de la vitesse et de la fraction massique d’hélium correspondaient aux données expérimentales et aux simulations numériques antérieures fondées sur le solveur classique de l’équation de Navier-Stokes. Enfin, une simulation aux grandes échelles d’un feu de méthane à grande échelle purement contrôlé par les forces flottabilité a été réalisées en utilisant le modèle EDC comme modèle de combustion et un modèle simplifié de rayonnement utilisant la fraction rayonnée. Le solveur a pu prédire correctement la dynamique du feu. Ces cas de test ont montré que le modèle LBM développé est entièrement capable de simuler avec fidélité les écoulements associés à des applications incendie et ce à un coût de calcul inférieur aux solveurs classiques des équations de Navier-Stokes.

Jury : 
Encadrement
Pierre Boivin (M2P2): Directeur de la thèse
Aymeric Lamorlette (IUSTI): Co-Directeur de thèse
Jean-louis Consalvi (IUSTI): Co-Encadrant de thèse

Membres de jury
Arnaud Trouvé (University of Maryland, USA): Rapporteur
Bénédicte Cuenot (CERFACS, France): Rapporteure
Bart Merci (Ghent University, Belgium): Examinateur
Lucie Merlier (INSA Lyon, France): Examinatrice
Olivier Vauquelin (Aix-Marseille Université, France): Examinateur (Président)
4 janvier - Étude numérique et expérimentale d’un jet de plasma intensifié / Soutenance de thèse Nicolas GODINAUD
Doctorant : Nicolas GODINAUD

Date : le mercredi 4 janvier 2023 à 14h dans l’amphithéâtre 3 de Centrale Marseille

Résumé : Ce travail est axé sur la découpe par torche au plasma. Ce procédé industriel permet de couper des plaques de métaux au moyen d’un arc électrique qui est transféré sur les pièces à séparer. Par le gaz injecté à fort débit, ces torches de découpe produisent des jets de plasma supersoniques sous-détendus qui atteignent des températures pouvant dépasser 30 kK. Les zones des pièces métalliques impactées par ces jets chauds entrent ainsi en fusion et les forces inertielles importantes conduisent à l’expulsion du métal liquide vers l’extérieur des pièces, créant alors des saignées de découpe. Les pressions de gaz injectées dans les torches de découpe plasma récentes étant de plus en plus élevées (jusqu’à plus de 10 atmosphères), il est important de caractériser au mieux les effets liés à l’aspect supersonique et aux ondes de choc sur les jets de découpe.

Dans le cadre de cette étude des jets de plasmas supersoniques, un nouveau solveur numérique permettant de capturer les ondes de choc avec précision est présenté. Le solveur développé est basé sur un schéma volumes finis de type Godunov, adapté à la simulation d’écoulements supersoniques. Les résultats numériques ainsi obtenus sont comparés à ceux déterminés à partir des solveurs présentés dans la littérature pour la modélisation des plasmas de découpe. Ces comparaisons sont d’abord un moyen de validation de l’outil développé, mais elles mettent également en avant une bien meilleure capacité du nouveau solveur à capturer les ondes de chocs présentes dans les jets de découpe pour des nombres de Mach élevés. Des mesures expérimentales sur une torche plasma ont également été effectuées au cours de ce travail. Celle-ci sont comparées aux résultats de simulations réalisées avec le nouveau solveur sur une configuration torche similaire. Outre l’apport de nouveaux éléments de validation du solveur, ces comparaisons entre résultats numériques et expérimentaux permettent aussi de mieux décrire la structure de l’écoulement à l’intérieur de la torche plasma.

Mots clés : Découpe plasma, Simulation numérique, Jets supersoniques, Solveurs de Riemann, Mesures expérimentales.

Jury
  •          Bénédicte CUENOT  Rapporteur
  •          Laurent FULCHERI – Rapporteur
  •          Stéphane PELLERIN – Examinateur
  •          Arnaud MURA – Examinateur
  •          Pierre BOIVIN – Directeur de thèse
  •          Pierre FRETON – Co-directeur de thèse
  •          Jean-Jacques GONZALEZ – Co-encadrant de thèse
  •          Frédéric CAMY-PEYRET – Invité