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2019 - Axe 1 - Simulation de l’érosion de cavitation par une approche CFD-FEM couplée

Thèse de Prasanta Sarkar

Financement : ITN CaFE

Collaboration : J.-P. Franc (LEGI-ENERGETIQUE) et M. Fivel (SIMAP)

Ce travail de recherche est dédié à la compréhension des mécanismes physiques de l’érosion de cavitation dans un fluide compressible à l’échelle fondamentale de l’implosion d’une bulle de cavitation. Suite à l’implosion d’une bulle de vapeur à proximité d’une surface solide, des très hautes pressions sont générées. Ces pressions sont considérées responsables de l’endommagement (érosion) des surfaces solides observé dans la plupart des applications. Notre approche numérique démarre avec le développement d’un solveur compressible capable de résoudre les bulles de cavitation au sein du code volumes finis YALES2 en utilisant un simple modèle de mélange homogène des phases fluides. Le solveur est étendu à une approche ALE (Arbitraire Lagrangien Eulérien) dans le but de mener des simulations d’interaction fluide-structure sur un maillage mobile. La réponse du matériau solide est calculée avec le code de calcul éléments finis Cast3M, et nous a permis de mener des simulation avec un couplage d’abord monodirectionnel, ensuite bidirectionnel, entre le fluide et le solide. On compare des résultats obtenus à deux dimensions, puis à trois, avec des observations expérimentales. On discute les chargements de pression estimés, et les réponses de différents matériaux pour des implosions de bulle à des différentes distances de la surface. Enfin, à travers l’utilisation de simulations avec couplage bidirectionnel entre fluide et solide, on identifie l’amortissement des chargements de pression pour les différents matériaux.

Publications

Conference Proceedings

2018
Sarkar, P., Ghigliotti, G., Fivel, M. C., & Franc, J. - P. (2018). Fluid-Structure Interaction model for collapsing cavitation bubble near deformable solid boundaries. In 10th International Symposium on Cavitation (CAV2018). Baltimore, United States.
Sarkar, P., Ghigliotti, G., Fivel, M. C., & Franc, J. - P. (2018). Numerical investigation of the dynamics of pressure loading on a solid boundary from a collapsing cavitation bubble. In 10th International Symposium on Cavitation – CAV2018. Baltimore, United States.

Ph.D. Theses

2019
Sarkar, P. (2019). Simulation of cavitation erosion by a coupled CFD-FEM approach. Ph.D. thesis, Université Grenoble Alpes, .