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« Transport de particules dans un écoulement turbulent de paroi et dans un écoulement à densité variable soumis au rayonnement thermique : Intermittence, modélisation stochastique et simulation numérique. »

26 avril 2013

« Transport de particules dans un écoulement turbulent de paroi et dans un écoulement à densité variable soumis au rayonnement thermique : Intermittence, modélisation stochastique et simulation numérique. »

Rémi Zamanski

Post-Doctorant - Stanford University

Mardi 14 mai à 10h00

Amphithéâtre Nougaro


Résumé :

Avec l’augmentation constante des moyens de calcul, la LES (simulation des grandes échelles) est devenue une technique de simulation couramment utilisée pour prédire le comportement de systèmes multi-physiques (présentant par nature une vaste gamme d’échelles). Dans l’approche LES, seules les plus grandes échelles sont calculées explicitement et un modèle de turbulence doit être utilisé pour prendre en compte de façon effective les fluctuations aux échelles non résolues. Bien qu’à grand nombre de Reynolds aucun modèle de LES ne permette de se substituer de façon exacte à la DNS (simulation numérique directe), leurs performances peuvent souvent être considérées comme assez précis en ce qui concerne les statistiques eulériennes communes.
Néanmoins, lorsque les phénomènes physiques considérés dépendent de façon non-linéaire des fluctuations de l’écoulement aux petites échelles (ce qui est généralement le cas du transport de particules ou des phénomènes d’interface), il est demandé bien plus à la LES que juste reproduire les statistiques eulériennes de base (ex : profiles moyens ou spectres).

Dans une première partie, on considère le transport d’une phase dispersée par un écoulement turbulent en canal. L’importance de l’intermittence de la structure de l’écoulement en proche paroi sur la dynamique des particules est premièrement illustrée par la DNS de cet écoulement. Dans un second temps, on présente une modélisation stochastique originale pour l’accélération de sous-maille, qui couplée à la LES (grâce au formalisme LES-SSAM), permet d’introduire les effets de l’intermittence à petites échelles. Les aptitudes du modèle proposé sont ensuite évaluées pour les statistiques de la phase porteuse et des particules inertielles.

Dans une deuxième partie, on s’intéresse à l’effet du rayonnement thermique sur une suspension de particules. En présence de rayonnement, la non-uniformité de la concentration des particules conduit à des fluctuations locales de la température du fait de la différence d’absorption entre la phase porteuse et la phase dispersée. Sous l’action de la gravité, le fluide est mis en mouvement par flottabilité modifiant la concentration des particules et conduisant à une possible augmentation des non-uniformités de la distribution des particules. Cette boucle de rétroaction conduit à l’apparition de fluctuations turbulentes de fortes intensités, et illustre que la dynamique de l’écoulement est conditionnée aussi bien par les plus grandes structures (convection turbulente) que par la dynamique à petite échelle qui affecte la ségrégation des particules et donc, le forçage de l’écoulement.

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