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Modélisation physique des interactions entre interfaces et turbulence

Toutant, Adrien (2006) Modélisation physique des interactions entre interfaces et turbulence. (Physical modelling of interactions between interfaces and turbulence.)

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Prix Léopold Escande 2007 (more)

Abstract

Les interactions complexes entre interfaces et turbulence modifient considérablement les propriétés des écoulements. Pour tenir compte de ces interactions en minimisant le coût numérique des simulations, notre stratégie consiste à utiliser et à améliorer une méthode de SND pour développer le concept Interface and Subgrid Scale. ISS est un équivalent pour les écoulements diphasiques de la simulation des grandes échelles pour les écoulements monophasiques. Son objectif est de tenir compte des interactions entre interfaces et turbulence dans des modèles sous-maille. En appliquant un filtre spatial aux équations, nous avons exhibé les termes sous-maille spécifiques aux ecoulements diphasiques qui nécessitent une fermeture. Grâce à des tests a priori réalisés sur de nombreuses SND, nous avons montré que l’hypothèse de similarités d’échelles, réinterprétée près de la discontinuité, permet de modéliser les interactions sous-maille entre interfaces et turbulence. De façon complémentaire, et à l’aide de la méthode des développements asymptotiques raccordés, nous avons déterminé les relations de saut des grandeurs filtrées et établi l’équation de transport du lieu de ces relations de saut, i.e. de l’interface filtrée discontinue. ABSTRACT : The complex interactions between interfaces and turbulence strongly impact the flow properties. Unfortunately, Direct Numerical Simulations (DNS) have to entail a number of degrees of freedom proportional to the third power of the Reynolds number to correctly describe the flow behaviour. This extremely hard constraint makes it impossible to use DNS for industrial applications. Our strategy consists in using and improving DNS method in order to develop the Interfaces and Subgrid Scales concept. ISS is a two-phase equivalent to the single-phase Large Eddy Simulation (LES) concept. The challenge of ISS is to integrate the two-way coupling phenomenon into subgrid models. Applying a space filter, we have exhibited correlations or subgrid terms that require closures. We have shown that, in two-phase flows, the presence of a discontinuity leads to specific subgrid terms. Comparing the maximum of the norm of the subgrid terms with the maximum of the norm of the advection tensor, we have found that subgrid terms related to interfacial forces and viscous effect are negligible. Consequently, in the momentum balance, only the subgrid terms related to inertia have to be closed. Thanks to a priori tests performed on several DNS data, we demonstrate that the scale similarity hypothesis, reinterpreted near discontinuity, provides subgrid models that take into account the two-way coupling phenomenon. These models correspond to the first step of our work. Indeed, in this step, interfaces are smooth and, interactions between interfaces and turbulence occur in a transition zone where each physical variable varies sharply but continuously. The next challenge has been to determine the jump conditions across the sharp equivalent interface corresponding to the subgrid models of the transition zone. We have used the matched asymptotic expansion method to obtain the jump conditions. The first tests on the velocity of the sharp equivalent interface are very promising

Department:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Simonin, Olivier
Uncontrolled Keywords:Ecoulement diphasique – Front-tracking – Turbulence – SND - SGE. KEYWORDS : Two-phase flow – Front-tracking – Turbulence – DNS - LES.
Subjects:Electrical engineering > Energetics and transfer (systems and processes)
Hydraulics > Energetics and transfers
Mechanical engineering
Deposited On:30 August 2007

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