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)
