Simulation numérique pour l'aérothermique avec des modèles sous-maille - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2000

Simulation numérique pour l'aérothermique avec des modèles sous-maille

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Abstract

Large-Eddy simulations of the turbulent channel flow ( representative case of internal flows in equilibrium ) and the turbulent flow past a backward-facing step ( representative case of separated flows ) have been performed to study the heat transfer for a quasi-incompressible flow. The Boussinesq equations are solved on a non-staggered grid with the use of an hybrid finite difference / finite element scheme which prevents wiggles. The time integration is performed with an Adams/Bashforth scheme and a backward differenciation formulae. In order to maintain a constant bulk velocity and bulk temperature in the turbulent channel flow simulation, a pressure gradient and a temperature source term, both varying in time, are added to the equations. In order to obtain the turbulent unsteady dynamical and thermal fields at the inflow of the backward-facing step, an original coupling is carried out with a previous turbulent channel flow simulation. Several self-adaptative models for the Subgrid-Scale Reynolds tensor are presented. For the Subgrid-Scale heat flux, two new Subgrid-Scale models and several different classical models are described. All these Subgrid-Scale models are tested in a turbulent channel flow and compared with direct simulation. For the turbulent flow past a backward-facing step, only one Subgrig-Scale model has been used for the Subgrid-Scale Reynolds tensor and heat flux.
La simulation des grandes échelles dans les configurations du canal plan ( cas représentatif d'écoulements internes en équilibre ) et de la marche descendante ( cas représentatif d'écoule\-ments internes décollés ) a été utilisée pour étudier les transferts de chaleur d'un fluide faiblement dilatable. Les équations de Navier-Stokes dans l'approximation de Boussinesq sont résolues sur une grille non-décalée à l'aide d'une méthode hybride différences finies / éléments finis qui évite l'apparition d'oscillations.
L'intégration temporelle est réalisée avec le schéma d'Adams/Bashforth et une formulation rétrograde. La simulation temporelle du canal plan a requis la mise au point d'un forçage permettant la conservation du débit et la température moyenne. La simulation de l'écoulement sur la marche descendante a nécessité de développer un couplage original avec une simulation temporelle d'un canal plan, cette dernière fournissant des champs dynamique et thermique pleinement turbulents comme conditions aux limites. Différents modèles auto-adaptatifs pour le tenseur de Reynolds sous-maille ont été présentés. En ce qui concerne le flux de chaleur sous-maille, on présente deux nouveaux modèles sous-maille ainsi que différents modèles classiques. Tous ces modèles sous-maille sont testés sur la configuration du canal plan infini et comparés avec des simulations directes. Pour la simulation dans la configuration de la marche descendante, un seul modèle pour le tenseur de Reynolds sous-maille et le flux de chaleur sous-maille a été utilisé.
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tel-00010815 , version 1 (28-10-2005)

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  • HAL Id : tel-00010815 , version 1

Cite

Emmanuel Montreuil. Simulation numérique pour l'aérothermique avec des modèles sous-maille. Mécanique [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010815⟩
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