Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Soutenance de thèse ECL

Marion Capuano

Vendredi 6 juillet 2018 à 14h30, ECL, Bât. W1, Amphi 3

Marion Capuano

Simulations numériques d’écoulements diphasiques compressibles, visqueux et conductifs à l’aide de schémas aux différences finies centrées d’ordre élevé

Jury :
Rémi ABGRALL - Universität Zürich - Rapporteur
Eric JOHNSEN - University of Michigan - Rapporteur
Marica PELANTI - ENSTA ParisTech
Stéphane ZALESKI - UPMC Université Pierre et Marie Curie
Christophe BOGEY - LMFA, Ecole Centrale de Lyon - Directeur de thèse
Peter SPELT - LMFA, Université de Lyon - Directeur de thèse

Résumé : Ce travail de thèse porte sur la simulation d’écoulements diphasiques compressibles, visqueux et conductifs, à l’aide de schémas numériques aux différences finies centrées d’ordre élevé. Pour cela, les équation utilisées sont les équations de Navier-Stokes complétées de deux équations d’advection décrivant l’interface et d’une équation permettant d’estimer la température au sein d’un liquide et d’un gaz. Elles sont résolues à l’aide de méthodes numériques conservatives précédemment développées pour l’aéroacoustique, adaptées dans la présente étude à la simulation d’écoulements diphasiques. Les choix des équations et des méthodes numériques sont validés à l’aide de divers cas test monodimensionnels proposés dans la littérature. Les résultats obtenus sont en accord avec les solutions analytiques ou de référence. Deux écoulements 2D composés de deux gaz sont ensuite considérés. Le premier cas concerne l’instabilité de Richtmyer-Meshkov qui se développe à l’interface entre de l’air et du SF6. Le second cas porte sur une bulle cylindrique remplie d’hélium ou de R22 impactée par une onde de choc plane se propageant dans l’air. Pour ces deux écoulements, une étude de convergence de maillage est effectuée et les solutions numériques sont comparables aux données expérimentales de la littérature. L’influence du nombre de Reynolds sur la déformation de l’interface de la bulle d’hélium est également montrée. Enfin, l’implosion d’une bulle d’air dans l’eau est étudiée. Dans un premier temps, l’implosion sphérique de la bulle suite à son interaction avec une onde de pression convergente est simulée. Les résultats sont en bon accord avec les solutions prédites par le modèle de Rayleigh-Plesset. L’influence de l’épaisseur initiale de l’interface et de la conductivité thermique est montrée. Dans un second temps, l’implosion non sphérique d’une bulle proche d’un mur et impactée par une onde de choc plane est considérée. La pression imposée sur le mur et la température au sein de l’écoulement sont quantifiées. Enfin, une étude de l’effet de la distance initiale entre le mur et la bulle sur l’implosion est menée.

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