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Simulation d’un mélange turbulent par approche hybride en géométries complexes

Thèse d’Alexandre Sikora

Financement : Bourse AGIR (Université de Grenoble) et soutien Tec21

La prédiction d’un scalaire dans un écoulement turbulent est nécessaire dans de nombreux domaines tels que la combustion (mélange combustible - comburant), l’environnement (polluant dans un écoulement environnemental) ou encore l’énergétie (système de refroidissement d’un réacteur nucléaire).
Dans cette thèse, on s’intéresse plus particulièrement au mélange pour des nombres de Schmidt élevé. Le nombre de Schmidt est le rapport de la viscosité du fluide sur la diffusivité du scalaire. Sa valeur conditionne les échelles du mélange. En effet, plus le nombre de Schmidt augmente plus les échelles du mélanges diminuent. Ainsi, à haut nombre de Schmidt, les échelles des structures scalaires sont plus petites que les échelles des mouvements turbulents. Les enjeux, de cette thèse, est d’améliorer la résolution du scalaire lors des simulations numériques, tout en s’affranchissant de trop forte contrainte sur le pas de temps de la simulation.

Pour atteindre ces objectifs, la méthode consiste à découpler la résolution du champ de vitesse et du champ scalaire. Le champ de vitesse sera résolu par méthode eulérienne, alors que la résolution du scalaire est faite par une méthode particulaire.

Cette méthode hybride a été implémentée dans le code SCALES, code spectral, durant des travaux antérieurs, réalisés par J.-B. Lagaert. Les travaux en cours consistent à étendre cette stratégie en l’implémentant dans le code YALES2 (volumes finis non-structurés) afin de pouvoir traiter des géométries complexes.

Disque de Zalesak : l’image a), correspond au disque de Zalesak à l’instant t=0, alors que les deux autres après que ce dernier est fait un tour (champ de vitesse circulaire) avec l’utilisation d’une méthode classique (b) et avec l’utilisation d’une méthode particulaire (c). Simulation réalisée sous YALES2 avec une résolution pour le champ scalaire de 200x200.