Numerical simulation of depth-averaged flow models : a class of Finite Volume and discontinuous Galerkin approaches.
Simulation numérique d'écoulements type "depth averaged" : une calsse de schémas Volumes Finis et Galerkin Discontinu.
Abstract
This work is devoted to the development of numerical schemes to approximate
solutions of depth averaged flow models.
We first detail the construction of Finite Volume approaches for the Shallow
Water system with source terms on unstructured meshes. Based on a suitable
reformulation of the equations, we implement a well-balanced and positivepreserving
approach, and suggest adapted MUSCL extensions. The method
is shown to handle irregular topography variations and demonstrates strong
stabilities properties. The inclusion of friction terms is subject to a thorough
analysis, leading to the establishment of some Asymptotic Preserving property
through the enhancement of another recent Finite Volume scheme.
The second aspect of this study concerns discontinuous Galerkin Finite-
Element methods. Some of the ideas advanced in the Finite Volume context are
employed to broach the Shallow Water system on triangular meshes. Numerical
results are exposed and the method turns out to be well suited to describe a large
variety of flows. On these observations we finally propose to exploit its features
to extend the approach to a new family of Green-Nadghi equations. Numerical
experiments are also proposed to validate this numerical model.
Ce travail est consacré au développement de schémas numériques pour approcher
les solutions de modèles d’écoulement type “depth averaged”.
Dans un premier temps nous détaillons la construction d’approches Volumes
Finis pour le système Shallow Water avec termes sources sur maillages
non structurés. En se basant sur une reformulation appropriée des équations,
nous mettons en place un schéma équilibré et préservant la positivité de la
hauteur d’eau, et suggérons des extensions MUSCL adaptées. La méthode est
capable de gérer des topographies irrégulières et exhibe de fortes propriétés de
stabilité. L’inclusion des termes de friction fait l’objet d’une analyse poussée,
aboutissant à l’établissement d’une propriété type “Asymptotic Preserving” à
travers l’amélioration d’un autre récent schéma Volumes Finis.
La seconde composante de cette étude concerne les méthodes Elements
Finis type Galerkin discontinu. Certaines des idées avancées dans le contexte
Volumes Finis sont employées pour aborder le système Shallow Water sur
maillages triangulaires. Des résultats numériques sont exposés et la méthode se
révèle bien adaptée à la description d’une large variété d’écoulements. Partant
de ces observations nous proposons finalement d’exploiter ces caractéristiques
pour étendre l’approche à une nouvelle famille d’équations type Green-Nadghi.
Des validations numériques sont également proposées pour valider le modèle
numérique