[Home bibliotech]
Home > Les thèses en ligne de l'INP

Analyse physique et modélisation d'écoulements turbulents instationnaires compressibles autour de surfaces portantes par approches statistiques haute-fidélité et de dimension réduite dans le contexte de l'interaction fluide-structure.

Bourguet, Rémi (2008) Analyse physique et modélisation d'écoulements turbulents instationnaires compressibles autour de surfaces portantes par approches statistiques haute-fidélité et de dimension réduite dans le contexte de l'interaction fluide-structure. (Physical analysis and modelling of compressible turbulent unsteady flows around airfoils by high-fidelity and low-dimensional statistical approaches in fluid-structure interaction context.)

Full text available as:

PDF (Introduction, chapitres 1 à 3) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
6.95 Mo
PDF (Chapitres 4 et 5) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
4.04 Mo
PDF (Chapitre 6) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
8.1 Mo
PDF (Chapitre 7) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
8.11 Mo
PDF (Chapitres 8 et 9, conclusions, table des figures et bibliographie) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
7.64 Mo

Prix Léopold Escande 2009 (more)

Abstract

Dans le contexte de la prédiction d'écoulements aérodynamiques réalistes, l'élaboration d'une stratégie de modélisation hiérarchique permet d'envisager conjointement la simulation numérique précise des phénomènes physiques par une approche "Haute-fidélité" (HF) et l'intégration de modèles de faible complexité numérique au sein de procédures d'optimisation ou de contrôle. L'étude proposée contribue au développement d'une telle méthodologie pour la modélisation des écoulements instationnaires compressibles et turbulents autour de surfaces portantes qui présentent un intérêt applicatif certain. Les propriétés structurales de la turbulence hors-équilibre dans les écoulements pariétaux à grands nombres de Reynolds sont examinées. Sur la base de cette analyse physique, une loi constitutive est suggérée pour la modélisation des contraintes turbulentes dans le cadre de l'approche statistique Organised Eddy Simulation. L'introduction d'une viscosité de turbulence tensorielle permet de tenir compte des non-linéarités mises en évidence entre les tenseurs de déformation moyenne et d'anisotropie des contraintes turbulentes. Les composantes de la viscosité de turbulence anisotrope sont déterminées grâce à un modèle de turbulence spécifique issu de projections d'une fermeture au second ordre. Parallèlement, une approche de modélisation d'ordre réduit fondée sur la projection de Galerkin des équations de Navier-Stokes pour les écoulements compressibles, sur une base de faible dimension extraite par Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD), est développée. La méthode POD-Galerkin est mise en œuvre dans le cas d'écoulements faiblement compressibles et transsoniques autour d'ailes, préalablement prédits et analysés par simulation numérique directe ou via l'approche HF précédente. Elle conduit à une estimation des évolutions spatio-temporelles prédominantes fidèle au modèle HF, tout en autorisant une réduction importante du nombre de degrés de liberté du modèle. La robustesse du modèle POD-Galerkin vis-à-vis de variations paramétriques de la configuration de l'écoulement est quantifiée. Une méthode est proposée pour la prise en compte d'une modification de la forme de l'aile dans le modèle réduit, dans la perspective de son application à l'optimisation de forme. ABSTRACT : In the context of realistic aerodynamic flow prediction, the elaboration of a hierarchical modelling strategy allows to consider both precise numerical simulation of physical phenomena by a "High-Fidelity" (HF) approach, and integration of low numerical complexity models into optimisation or control procedures. The present study contributes to the development of such a methodology for the modelling of compressible and turbulent unsteady flows around airfoils, which are of high applicative interest. The structural properties of non-equilibrium turbulence are examined in high Reynolds number parietal flows. On the basis of this physical analysis, a constitutive law is suggested for modelling of the turbulent stresses within the statistical framework of the Organised Eddy Simulation approach. The non-linearities occurring between mean strain and turbulent stress anisotropy tensors can be captured by a tensorial eddy-viscosity. The components of the anisotropic eddy-viscosity are determined by a specific turbulence model issued from projections of a second-order closure. Jointly, a reduced-order modelling approach issued from the Galerkin projection of the compressible flow Navier-Stokes equations onto a low- imensional basis extracted by Proper Orthogonal Decomposition (POD), is developed. The POD-Galerkin method is applied in the case of slightly compressible and transonic flows around wings initially predicted and analysed by direct numerical simulation or the previous HF approach. This leads to an efficient prediction of main flow space-time evolutions while a strong reduction of the number of degrees of freedom is achieved. The robustness of the POD-Galerkin model towards parametric changes in the flow configuration is quantified. A method is suggested to take into account wing shape modifications in the reduced-order model, in the prospect of its application to optimal shape design

Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Braza, Marianna
Uncontrolled Keywords:Turbulence hors-équilibre - Viscosité de turbulence tensorielle - Organised Eddy Simulation - Ecoulements transsoniques - Effets de compressibilité - POD - Modèles d'ordre réduit. KEYWORDS : Non-equilibrium turbulence - Tensorial eddy-viscosity - Organised Eddy Simulation - Transonic flows - Compressibility effects - POD - Reduced-order models
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:06 May 2009

Archive Staff Only: edit this record


Contacts | Infos légales | Plan du site | Intranet

(c)INP de Toulouse 2012 - Tous droits réservés. -  INP Communication