Développement d’un solveur diphasique compressible avec changement de phase pour l’étude de la cavitation

Marie Bibal

Jeudi 23 novembre à 10h00

Amphithéâtre Nougaro

Résumé : La simulation numérique du phénomène de cavitation est particulièrement délicate à réaliser en raison des couplages extrêmement forts existant entre l’hydrodynamique (dépression d’un écoulement à haute vitesse), la thermodynamique (changement de phase dans les zones de

dépression), l’acoustique et les ondes de choc générées lors de l’implosion des bulles de vapeur. De surcroît, de tels écoulements sont caractérisés par des variations du nombre de Mach causées par les fluctuations de la vitesse du son. Ainsi, la simulation numérique de ce phénomène s’avère particulièrement ardue, tant du point de vue de la modélisation des aspects physiques que de l’élaboration de méthodes numériques robustes. Dans cette étude, un nouvel algorithme permettant de modéliser les écoulements diphasiques compressible en présence de changement de phase a été développé, dans le but de modéliser la cavitation. Afin de mener à bien cette étude, des méthodes numériques avancées ont été élaborées, comprenant la formulation d’un modèle de changement de phase et l’adaptation de la méthode des frontières immergées pour prendre en compte des géométries complexes. Les simulations s’appuient sur un code compressible associé à une méthode de projection semi implicite qui permet de traiter les écoulements à bas Mach. Enfin, cet algorithme innovant a été mis en oeuvre pour simuler la cavitation d’une bulle dans une buse convergente.

Mots-clés : compressible, écoulements diphasiques, changement de phase, cavitation, DNS

Development of a compressible two-phase solver with phase change for the study of cavitation

Summary : The numerical simulation of the cavitation phenomenon is notably intricate due to the highly significant couplings that exist between hydrodynamics (depression of high-speed,flow), thermodynamics (phase change in depression zones), acoustics, and shock waves generated during the implosion of vapor bubbles. Moreover, such flows are characterized by variations in the Mach number caused by fluctuations in in the speed of sound. Thus, the numerical simulation of this phenomenon proves to be particularly demanding, both in terms of modeling the physical aspects and in the development of robust numerical methods. In this study, a new algorithm has been developed to model compressible two-phase flows in the presence of phase change, with the specific aim of simulating cavitation. To effectively conduct this study, advanced numerical methods, were devised, including the formulation of a phase change model and the adaptation of the immersed boundary method to account for complex geometries. The simulations are based on a compressible code coupled with a semi-implicit projection method that allows for the treatment of low Mach flows. Finally, this innovative algorithm was implemented to simulate the cavitation of a bubble within a convergent nozzle.

Keywords : compressible, two-phases flows, phase change, cavitation, DNS

Jury