Discrete event front tracking simulator of a physical fire spread model

International audienceSimulation of moving interfaces, like a fire front usually requires the resolution of a large scale and detailed domain. Such computing involves the use of supercomputers to process the large amount of data and calculations. This limitation is mainly due to the fact that large scale of space and time is usually split into nodes, cells or matrices, and the solving methods often require small time steps. This paper presents a novel method that enables the simulation of large scale/high resolution systems by focusing on the interface. Unlike the conventional explicit and implicit integration schemes, it is based on the discrete-event approach, which describes time advance in terms of increments of physical quantities rather than discrete time stepping. Space as well is not split into discrete nodes or cells, but we use polygons with real coordinates. The system is described by the behaviour of its interface, and evolves by computing collision events of this interface in the simulation. As this simulation technique is suited for a class of models that can explicitly provide rate of spread for a given configuration, we developed a specific radiation based propagation model of physical wildland fire. Simulations of a real large scale fire performed with an implementation of our method provide very interesting results in less than 30 seconds with a 3 metres resolution with current personal computers

Electro-Magnetic Ship Propulsion Stability under Gusts

The purpose of this study is to analytically investigate the effect of Stuart number as well as magnetic and electrical angular frequency on the velocity distribution in a magneto-hydro-dynamic pump. Results show that as Stuart number approaches zero the velocity profile becomes similar to that of fully developed flow in a pipe. Furthermore, for high Stuart number there is a frequency limit for stability of fluid flow in certain direction of flow. This stability frequency is depending on geometric parameters of channel. Furthermore stability frequency of electro-magnetic field is independent of gusts frequency and fluid thermo-physical properties

Improved Understanding of Performance of Local Controls Linking the above and below Ground Components of Urban Flood Flows

This work is devoted to investigation of the flow interaction between above and below ground drainage systems through gullies. Nowadays frequent flood events reinforce the need for using accurate models to simulate flooding and help urban drainage engineers. A source of uncertainty in these models is the lack of understanding of the complex interactions between the above and below ground drainage systems. The work is divided into two distinct parts. The first one focuses on the development of the solution method. The method is based on the unstructured, two- and three-dimensional finite volume method using the Volume of Fluid (VOF) surface capturing technique. A novel method used to link the 3D and 2D domains is developed in order to reduce the simulation time. The second part concentrates on the validation and implementation of the Computational Fluid Dynamics (CFD) model. The simulation results have been compared against 1:1 scale experimental tests. The agreement between the predictions and the experimental data is found to be satisfactory. The CFD simulation of the different flow configurations for a gully provides a detailed insight into the dynamics of the flow. The computational results provide all the flow details which are inaccessible by present experimental techniques and they are used to prove theoretical assumptions which are important for flood modelling and gully design

Implémentation de la technique de simulation des grandes échelles dans un solveur parallèle de dynamique des fluides

Ce mémoire de maîtrise en milieu industriel présente les travaux réalisés chez Maya Heat Transfer Technologies afin d'implémenter la technique de la simulation des grandes échelles dans le solveur de dynamique des fluides parallèle NIECE. Les modèles de sous-maille [sic] algébriques de Smagorinsky, WALE (Wale Adapting Local Eddy-Viscosity) et le modèle de Vreman ont été retenus et validés.Ce projet de maîtrise se divise [entre] quatre volets. La première partie présente l'implémentation et l'analyse d'un nouveau schéma de discrétisation spatial et temporel dans le contexte d'un algorithme de résolution des équations de Navier-Stokes par une approche mixte [de] volumes éléments finis sur maillage non structuré. Une étude comparative sur la stabilité, la diffusion et [la] dipersion [sic] numérique des nouveaux schémas et ceux déjà existants dans le code permet d'identifier le schéma centré de second ordre en espace, couplé au schéma de Crank-Nicolson en temps comme un compromis adéquat pour la simulation des grandes échelles dans un contexte industriel. Le second volet détaille les résulats [i.e. résultats] de la simulation de la décroissance d'une turbulence homogène isotrope. La décroissance des spectres d'énergie est présentée pour chacun des modèles de sous-maille, puis comparée à la solution sans modèle. L'effet du raffinement du maillage est investigué.Ce volet détaille également l'implémentation et la validation de l'algorithme permettant l'initialisation d'une turbulence isotrope incompressible. Une discussion sur les formulations analytiques des spectres d'énergie de Passot-Pouquet et de von Karman-Pao est finalement présentée. Le problème de la répresentation [i.e. représentation] de l'écoulement à l'entrée du domaine de calcul est ensuite abordé.Ce troisième volet détaille la méthode de génération de turbulence, appelée méthode des tourbillons synthétiques, servant à générer un champ de vitesse cohérent et représentatif d'une turbulence réelle. Une étude de l'influence des paramètres numériques de la méthode permet de dériver un critère automatique de sélection pour l'utilisateur. Pour terminer, une étude comparative de la méthode des tourbillons synthétiques à une méthode d'injection aléatoire est présentée. En dernier lieu, la réalisation du cas de validation du canal plan périodique permet d'investiguer la capacité du code à simuler les propriétés d'une turbulence cisaillée. Les résultats des modèles de sous-maille sont comparés au cas sans modèle de turbulence. L'effet du raffinement du maillage est étudié sur trois différentes grilles. Les statistiques de premier ordre (profil de vitesse moyenne) et les satistiques [i.e. statistiques] de second ordre (profils des composantes du tenseur de Reynolds) sont détaillées et analysées. Finalement, la contribution de l'énergie cinétique résolue et de l'énergie de sous-maille permet de quantifier la contribution des modèles de turbulence sur la solution

IMMERSED BOUNDARY METHODS FOR COMPRESSIBLE FLOWS

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH