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Sciences et Technologies du Numérique

L’union fait la force : une nouvelle approche pour simuler les écoulements complexes

Thèse de Mohamed Essadki*

Les écoulements diphasiques gaz-liquide sont au cœur de nombreuses applications industriellesa pour lesquelles la simulation numérique est un outil d’aide au dimensionnement et à l’optimisation. Pour ce faire, elle se doit d’être prédictive et avec un coût de calcul raisonnable.
   
Si la simulation d’un écoulement monophasique répond déjà à ces exigences, c’est loin d’être le cas en diphasique.
         
Dans le domaine de l’injection notamment, la topologie des écoulements est très complexe, avec différentes zonesb en forte interaction. Ces dernières sont décrites par des modèles physiques différents dont le couplage ultérieur est compliqué à réaliser, rendant difficile la construction de modèles prédictifs utilisables pour des simulations à l’échelle industrielle.
   
Ce travail a consisté à rechercher une approche unifiée originale pour décrire toutes ces topologies d’écoulement.
  
La démarche suivie a porté sur :

  • des statistiques sur l’interface pour identifier de nouvelles variables géométriques valables dans tous les régimes d’écoulement(1),
  • de l’analyse numérique avancée qui a permis de mettre en œuvre ces variables dans un modèle eulérienc d’écoulement(2),
  • de la géométrie algorithmique pour calculer ces variables dans des DNSd d’écoulement (figure) afin de proposer de premières fermeturese pour le modèle.

Ce nouveau modèle, implanté dans un code de calcul 3D parallèle, a démontré sa robustesse et son coût raisonnable sur de premières simulations de jets.
    
Une seconde contribution de la thèse réside dans un outil d’analyse de l’interface gaz-liquide à une échelle fine, pouvant être utilisé pour caractériser des résultats de calculs de type DNS. Son usage permettra d’améliorer les modèles moyennés à une échelle supérieure, en leur proposant de nouvelles fermetures.

a- Par exemple, processus d’injection dans le domaine automobile ou aéronautique, procédés de génie chimique.
  
b- Un cœur dense de liquide, des gouttelettes et des filaments de toutes formes.
  
c-  Un modèle eulérien simule la phase liquide continue, par opposition à un modèle particulaire ou de gouttes.
   
d- Direct Numerical Simulation.
   
e- Estimations par des expériences physiques ou numériques de termes de modèles qui ne peuvent être calculés directement.

 

Contact scientifique :  stephane.de-chaisemartin@ifpen.fr 

Article paru dans Science@ifpen n° 35 - Décembre 2018

* Thèse intitulée "Contribution to a unified Eulerian modeling of fuel injection: from dense liquid to polydisperse evaporating spray"

Publications

  1. (1) M. Essadki, S. de Chaisemartin, M. Massot, F. Laurent, A. Larat & S. Jay. Adaptive Mesh Refinement and High Order Geometrical Moment Method for the Simulation of Polydisperse Evaporating Sprays, OGST, Vol. 71, n°5, Sept.–Oct. 2016
    >> DOI : 10.2516/ogst/2016012.
        
  2. (2) M. Essadki, S. de Chaisemartin, L. Drui, F. Laurent, M. Massot. SIAM J., High Order Moment Model for Polydisperse Evaporating Sprays towards Interfacial Geometry Description, SIAM J. Appl. Math., 78(4), 2003–2027. (25 pages)
    >> DOI : 10.1137/16M1108364.

 

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