Author: MARTIN.. SALINAS VAZQUEZ
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Languages : fr
Pages : 176
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Book Description
ON PRESENTE DES RESULTATS DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES APPLIQUEE AUX ECOULEMENTS TURBULENTS COMPRESSIBLES SUR UNE PAROI CHAUFFEE. ON SE CONCENTRE PRINCIPALEMENT SUR LES ECOULEMENTS DANS LES CONDUITS DE SECTION CARREE OU RECTANGULAIRE. ON CONSIDERE SUCCESSIVEMENT LE CAS OU LES QUATRE PAROIS DU CONDUIT SONT A LA MEME TEMPERATURE ET LE CAS OU UNE TEMPERATURE PLUS ELEVEE EST IMPOSEE SUR L'UNE DES PAROIS. DE FACON A POUVOIR SIMULER CES ECOULEMENTS EN CONDUIT AVEC FORT FLUX DE CHALEUR, LE TRAVAIL A TOUT D'ABORD CONSISTE EN LE DEVELOPPEMENT D'UN CODE DE CALCUL SIMULANT LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES TRIDIMENSIONNELLES BASE SUR DES COORDONNEES CURVILIGNES DANS LES TROIS DIRECTIONS D'ESPACE. UNE DES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT MOYEN DANS LES CONDUITS CARRES OU RECTANGULAIRES EST L'APPARITION DE FLUX SECONDAIRE CORRESPONDANT A UNE VITESSE MOYENNE TRANSVERSE A L'ECOULEMENT DE BASE. MEME SI L'INTENSITE DE CES FLUX RESTE FAIBLE, CES DERNIERS JOUENT UN ROLE PRIMORDIAL DANS LA DYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT. ON OBSERVE EGALEMENT SUR LES CONTRAINTES DE REYNOLDS UNE DISSYMETRIE SUR LES CONTRAINTES NORMALES ET LA GENERATION DE CONTRAINTES TANGENTIELLES SECONDAIRES. L'IMPOSITION DU CHAUFFAGE A UNE FORTE INFLUENCE SUR LES MECANISMES D'EJECTIONS A PARTIR DE LA PAROI CHAUFFEE. DE FORTS FLUX SECONDAIRES SONT ASSOCIES A UN TRANSPORT DE FLUIDE FROID DU CENTRE DU CANAL VERS LA PAROI CHAUFFEE QUI, PAR DES MECANISMES D'EXPANSION, IMPLIQUE UNE INTENSIFICATION DES EJECTIONS QUI SE CONCENTRENT AU VOISINAGE DU PLAN MEDIAN DE LA PAROI CHAUFFEE. LES EJECTIONS SONT ASSOCIEES A LA FORMATION DE POINT D'INFLEXION GENERALISE QUI PAR INSTABILITE DONNE NAISSANCE A DES TOURBILLONS EN EPINGLE A CHEVEUX SONT ETIRES PAR L'ECOULEMENT MOYEN ET QUI SONT CONCENTRES AUTOUR DU PLAN MEDIAN. L'EJECTION TRANSPORTE DU FLUIDE CHAUD VERS LE CENTRE DU CONDUIT, TANDIS QUE LES FLUX SECONDAIRES INJECTENT EUX, VERS LA PAROI CHAUDE, DU FLUIDE FROID PROVENANT DE LA PARTIE CENTRALE DU CONDUIT. L'INTERACTION ENTRE CES GAZ A DIFFERENTES TEMPERATURES EST A L'ORIGINE D'IMPORTANTS PHENOMENES DE TRANSFERT DE CHALEUR. FINALEMENT, ON A FAIT UNE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'UN CONDUIT CARRE DANS LEQUEL L'ECOULEMENT SE DEVELOPPE SPATIALEMENT. LA CONDITION D'ENTREE EST GENEREE PAR UN CALCUL TEMPOREL, QUI PRESENTE L'AVANTAGE D'UNE ENTREE REALISTE POSSIBLE AVEC DES STRUCTURES TURBULENTES DEVELOPPEES. MEME S'IL EXISTE ENCORE CERTAINS PROBLEMES DE CONDITIONS DE FRONTIERE, CE TYPE DE CALCULS NOUS A PERMIS D'OBSERVER L'EFFET SUR LA TURBULENCE D'UN FLUX DE CHALEUR QUI EST ALLUME DANS UN ENDROIT DONNE.
Author: Jérôme Hébrard
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Languages : fr
Pages : 156
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Dans de nombreux dispositifs industriels comme les conduites de refroidissement des moteurs de fusées, un écoulement turbulent est en contact avec une paroi solide chaude.L'instabilité due aux courbures ajoutée au confinement créent des courants orthogonaux au flux principal d'une intensité pouvant aller jusqu'à 20% de celui-ci. Pour comprendre les interactions entre ces courants secondaires et les transferts thermiques, des résultats de simulations numériques des grandes échelles sont obtenus dans des conduites pouvant présenter des courbures et des parois chauffées. Un écoulement pleinement développé est injecté à l'entrée du domaine par la simulation synchrone d'une conduite périodique. Un modèle de viscosité turbulente a été implanté dans le code de calcul et aucune loi de paroi n'est utilisée. Une température supérieure est d'abord appliquée sur une des quatre parois d'une conduite carrée rectiligne pour une validation du code de calcul. Les mécanismes d'éjections de fluide chaud de la paroi chauffée vers le coeur de la conduite sont bien représentés et on peut observer le développement progressif de la couche limite thermique. L'évolution spatiale de l'écoulement a ensuite permis d'appliquer un flux constant.Une conduite de section rectangulaire en forme de S a ensuite été simulée. A chaque courbure, apparaît un fort flux secondaire inhérent au gradient de pression normal aux parois courbes. Ceci implique la naissance d'une paire de tourbillons longitudinaux contra-rotatifs de type "Dean" ou "Ekman" évoluant au voisinage de la paroi convexe.L'interaction entre ces courants secondaires et le mélange turbulent est étudiée suivant les modes de chauffage.
Author: C.B. Jenssen
Publisher: Gulf Professional Publishing
ISBN: 0080538401
Category : Science
Languages : en
Pages : 601
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Parallel CFD 2000, the Twelfth in an International series of meetings featuring computational fluid dynamics research on parallel computers, was held May 22-25, 2000 in Trondheim, Norway.Following the trend of the past conferences, areas such as numerical schemes and algorithms, tools and environments, load balancing, as well as interdisciplinary topics and various kinds of industrial applications were all well represented in the work presented. In addition, for the first time in the Parallel CFD conference series, the organizing committee chose to draw special attention to certain subject areas by organizing a number of special sessions.We feel the emphasis of the papers presented at the conference reflect the direction of the research within parallel CFD at the beginning of the new millennium. It seems to be a clear tendency towards increased industrial exploitation of parallel CFD. Several presentations also demonstrated how new insight is being achieved from complex simulations, and how powerful parallel computers now make it possible to use CFD within a broader interdisciplinary setting.Obviously, successful application of parallel CFD still rests on the underlying fundamental principles. Therefore, numerical algorithms, development tools, and parallelization techniques are still as important as when parallel CFD was in is infancy. Furthermore, the novel concepts of affordable parallel computing as well as metacomputing show that exciting developments are still taking place.As is often pointed out however, the real power of parallel CFD comes from the combination of all the disciplines involved: Physics, mathematics, and computer science. This is probably one of the principal reasons for the continued popularity of the Parallel CFD Conferences series, as well as the inspiration behind much of the excellent work carried out on the subject. We hope that the papers in this book, both on an individual basis and as a whole, will contribute to that inspiration. Further details of Parallel CFD'99, as well as other conferences in this series, are available at http://www.parcfd.org
Author: Thomas Grosnickel
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Languages : fr
Pages : 0
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Les concepteurs de moteurs aéronautiques sont constamment sujets à la demande d'augmentation de puissance de la part des constructeurs d'aéronefs. Pour satisfaire à cette exigence, la température de sortie de la chambre de combustion peut être augmentée pour améliorer le rendement et la puissance de sortie du moteur. Cette élévation de température peut toutefois dépasser le point de fusion du matériau et, pour éviter les pannes de moteur, l'intégrité des aubes de la turbine repose notamment sur des systèmes de refroidissement internes,prélevant de l'air froid du compresseur. La conception de ces systèmes revient donc à maximiser l'amélioration du transfert de chaleur tout en minimisant le débit d'air via les pertes de charge afin d'éviter des pénalités de puissance du moteur. Or ces écoulements en canaux internes sont encore largement incontrôlés et mal compris. Dans le but de mieux comprendre ces écoulements en rotation se développant spatialement, ce travail porte sur l'étude via simulations numériques d'un canal de refroidissement droit, perturbé, en rotation. La configuration consiste en un canal carré équipé de 8 perturbateurs placés avec un angle de 90 degrés par rapport à l'écoulement principal. Pour les cas étudiés, des mesures PIV temporelles ont été effectuées à l'Institut VanKarman (VKI). Les conditions adiabatiques et isothermes ont été étudiées pour évaluer l'impact dela température de la paroi sur l'écoulement, en particulier dans les configurations en rotation. Les canaux statiques ainsi qu'en rotation positive et négative sont comparés avec, dans chaque cas,une prédiction d'écoulement adiabatique ou isotherme. Dans ce travail, les résultats de simulations aux grandes échelles (SGE) montrent que le modèle CFD haute fidélité est capable de reproduire les différences induites par la flottabilité sur la topologie de l'écoulement dans la région proche. Le modèle parvient également à prévoir l'augmentation (la diminution) de la turbulence autour des perturbateurs en rotation déstabilisante (stabilisante). Enfin et grâce à la SGE spatiale et temporelle complète, le développement spatial et l'instationnarité des écoulements secondaires sont analysés pour mieux comprendre leur origine et leurs différences potentielles entre les cas. Cette étude montre que la topologie du flux thermique en parois est déterminée par la structure des écoulements secondaires alors que l'intensité du flux thermique aux parois est déterminée par le niveau de fluctuations de l'écoulement dans l'espace interperturbateur.
Author: M. Lesieur
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540456740
Category : Science
Languages : en
Pages : 566
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Following a longstanding tradition of the Les Houches Summer Schools, this book uses a pedagogically presented and accessible style to treat 2D and 3D turbulence from the experimental, theoretical and computational points of view.
Author: Cécile Münch
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Languages : fr
Pages : 137
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Les caractéristiques de l'écoulement turbulent et les transferts thermiques se développant dans un conduit chauffé sont étudiés à l'aide de la technique de Simulation des Grandes Echelles (SGE). Les canaux de refroidissement placés dans les parois des moteurs de fusée constituent l'une des applications industrielles. Nous considérons une géométrie simplifiée consistant en un conduit courbe de section rectangulaire. Les équations de Navier-Stokes instationnaires filtrées sont résolues par un schéma numérique compact, prédicteur-correcteur, d'ordre deux en temps et quatre en espace. Le modèle sous maille utilisé est celui de la fonction de structure sélective. Les résultats obtenus mettent en évidence le développement d'un écoulement secondaire intense lié au gradient de pression radial apparaissant dans la partie courbe. Ces flux secondaires s'organisent sous la forme de deux cellules contra-rotatives quasi-stationnaires de type Ekman près de la paroi convexe. Sur la paroi concave, il apparaît des tourbillons instationnaires de type Görtler. Cet écoulement complexe est caractérisé par des phénomènes de balayage et d'éjection directement corrélés aux transferts de chaleur entre le fluide et les parois courbes chauffées. Ceci provoque de fortes variations transverses du nombre de Nusselt qui pourraient conduire à une dégradation de la paroi chaude. Nous évaluons l'influence des paramètres géométriques et physiques sur l'écoulement ainsi que sur les transferts thermiques et nous proposons une solution pour homogénéiser les échanges de chaleur par contrôle passif.
Author: Simon Mendez (mathématicien).)
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Languages : fr
Pages : 202
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La multi-perforation est un système de refroidissement couramment utilisé pour refroidir les parois des chambres de combustion des turbines à gaz aéronautiques. Le principe est de percer dans ces parois des milliers de petites perforations par lesquelles de l'air de refroidissement est injecté à l'intérieur de la chambre. Lors de simulations numériques de chambre de combustion, la résolution de l'écoulement près de ces parois multi-perforées est trop coûteuse en temps de calcul. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse est de proposer un modèle prenant en compte l'effet de la multi-perforation sur l'écoulement dans la chambre de combustion et à l'extérieur, dans le contournement. En vue de la modélisation, des Simulations des Grandes Echelles ont été réalisées afin d'acquérir une connaissance approfondie de l'écoulement autour des parois multi-perforées. La configuration d'étude est celle d'une paroi perforée d'extension infinie, représentée par une unique perforation dans un domaine périodique incluant les deux côtés de la paroi. Une méthode spécifique pour générer l'écoulement à la fois dans la perforation et des deux côtés de la paroi a été développée dans le cas isotherme puis adaptée au cas anisotherme. Les données ainsi générées ont permis d'orienter le travail de modélisation vers les aspects les plus importants de l'écoulement de multi-perforation. Ce travail de thèse a abouti à l'écriture d'un modèle adiabatique de multi-perforation maintenant couramment utilisé dans l'équipe CFD-Combustion du CERFACS
Author: Benjamin Hérout
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Languages : fr
Pages : 165
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Ce travail se place dans le cadre général de la modélisation du refroidissement des moteurs thermiques à combustion interne. L'étude présentée, à caractère expérimental et numérique, porte sur l'écoulement en conduite rugueuse avec transfert thermique. Cette étude est motivée par le besoin industriel d'améliorer la prédictivité des codes de calculs utilisés lors des phases de conception, avant la réalisation de prototypes mécaniques. La simulation de l'échange thermique dans les chambres de refroidissement est basée sur la modélisation de la turbulence. Des écarts sensibles ont été détectés lors du changement de version du code utilisé, ce qui a mis en évidence la sensibilité des lois de parois implémentées dans les codes commerciaux. Le choix de la géométrie cylindrique de l'écoulement est dicté par la volonté d'étudier l'écoulement et le transfert de chaleur sur paroi rugueuse par une approche expérimentale la plus simple possible, tout en conservant les caractéristiques de l'écoulement existant dans les chambres de refroidissement des moteurs thermiques (vitesse, température et état de surface). Les limites expérimentales constatées justifient l'approche par simulation numérique des grandes échelles, résolues jusqu'à la paroi. Les résultats expérimentaux obtenus montrent l'impact important de la rugosité sur la distribution de vitesse, et particulièrement dans la couche limite. L'échange thermique s'en trouve fortement modifié. Les résultats issus de la simulation des grandes échelles donnent accès aux valeurs physiques, dans la sous-couche visqueuse, inaccessible expérimentalement. L'ensemble des résultats apportés par l'étude expérimentale et numérique constitue une base de données pour l'optimisation des résultats fournis par des codes industriels. Ces résultats obtenus sur une géométrie simplifiée valident les méthodes et les techniques employées, qui pourront être appliquées ultérieurement à d'autres géométries.
Author: Phu Khanh Nguyen
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Languages : fr
Pages : 140
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Ce travail est consacré à la simulation numérique des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés. L’objectif de cette étude est, dans un premier temps, d’explorer les possibilités offertes par la résolution d’équations différentielles stochastiques (EDS) permettant d'imposer des conditions aux limites instationnaires et initialiser un calcul utilisant la simulation numérique des grandes échelles (LES). Cette méthode de génération de conditions aux limites instationnaires a ensuite été introduite au sein d’un code de mécanique des fluides réactifs de type LES utilisant un modèle de sous-maille de type Smagorinsky ainsi qu’un modèle de combustion de type Eddy-Break-Up. Les résultats décrivent la structure de l’écoulement dans les trois cas (1) d’un fluide inerte, (2) d’un mélange de deux fluides inertes non isothermes et (3) de combustion d’un mélange très pauvre. Les résultats soulignent que l’introduction de conditions d’entrée générées par EDS permet de mieux représenter les champs fluctuants avec des propriétés correspondantes aux mesures expérimentales disponibles. En ce qui concerne les écoulements inertes en aval de l’élargissement brusque, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement entre les deux zones de recirculation. Celle-ci est engendrée par une légère différence entre les vitesses d’entrée dans les deux canaux. L’étude de l’écoulement dans le cas où les deux canaux sont alimentés par des fluides inertes mais de températures différentes, a permis de caractériser l’influence du gradient transversal de température à l’entrée et des conditions d’entrée sur le développement de la couche de mélange en aval. Pour les écoulements réactifs, la structure de l’écoulement dans la chambre est altérée, notamment par la variation des longueurs des zones de recirculation, et l’analyse instationnaire a permis de mettre en évidence l’existence d’un faible battement du front de flammes dans la chambre.
Author: François Bouchon
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Languages : fr
Pages : 180
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CETTE THESE SE PROPOSE D'ETUDIER L'UTILISATION DE METHODES SPECTRALES MULTI-NIVEAUX DANS LE CADRE DE LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS INCOMPRESSIBLES 3D. APRES AVOIR PRESENTE DES GENERALITES SUR LES METHODES SPECTRALES ET JUSTIFIE LEUR UTILISATION DANS LE CONTEXTE DE LA TURBULENCE, ON DECRIT LA PHYSIQUE DES ECOULEMENTS ETUDIES. LES ECOULEMENTS PERIODIQUES ET LE PROBLEME DE L'ECOULEMENT DANS UN CANAL SONT DETAILLES, AINSI QUE LES ENJEUX ET LES OBJECTIFS DES SIMULATIONS NUMERIQUES DIRECTES (DNS : DIRECT NUMERICAL SIMULATIONS) ET DES SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES (LES : LARGE EDDY SIMULATION). POUR CE DERNIER TYPE DE SIMULATION, ON EXPOSE QUELQUES MODELES DEVELOPPES CES DERNIERES ANNEES, DONT CERTAINS NOUS SERVIRONT DE TESTS DE REFERENCE PAR LA SUITE. NOUS PRESENTONS ENSUITE QUELQUES RESULTATS MATHEMATIQUES SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES, CONCERNANT LE POINT DE VUE DES SYSTEMES DYNAMIQUES, QUI JUSTIFIENT L'EMPLOI DE METHODES MULTI-NIVEAUX. ENFIN, ON PROPOSE DEUX APPLICATIONS UTILISANT CES IDEES. LA PREMIERE EST UN MODELE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES DANS LE CONTEXTE PERIODIQUE. ON PRESENTE LES DIFFERENTES ETAPES QUI NOUS ONT CONDUITS A L'ELABORATION DE CE MODELE, ET PRINCIPALEMENT L'ETUDE DE L'INTERACTION ENTRE LES DIFFERENTES ECHELLES EN TURBULENCE HOMOGENE. DES RESULTATS NUMERIQUES VALIDENT FINALEMENT CE MODELE ; TOUTES LES QUANTITES STATISTIQUES LIEES AUX GRANDES ECHELLES ETANT RETROUVEES AVEC UNE PRECISION AU MOINS EQUIVALENTE A CELLE OBTENUE AVEC LES MODELES DYNAMIQUES. CES RESULTATS NUMERIQUES CONCERNENT DIFFERENTS TYPES D'ECOULEMENTS PERIODIQUES : ECOULEMENTS PERIODIQUES FORCES, ECOULEMENTS D'EULER ET TURBULENCE DECROISSANTE. ENFIN, ON PROPOSE UNE DEUXIEME APPLICATION DES METHODES MULTI-NIVEAUX, DANS LE CONTEXTE NON-PERIODIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, ON PRESENTE LES RESULTATS NUMERIQUES OBTENUS DANS LE CADRE DE L'EQUATION DE BURGERS 1D, AVANT DE CONCLURE EN DETAILLANT L'IMPLEMENTATION DANS LA DIRECTION NORMALE AUX PAROIS DU CANAL 3D.
