Method Of Use And The Contribution Of LES 3D Modeling To Reproduce Velocity Distribution In Compound Channels

Discharge determination in open channels is of great interest for water engineering, especially in compound channels where the main difficulty is the link between the measured velocity and the mean velocity. To do so, the 3D modeling is used as a tool to get the velocity distribution in compound channels. The purpose of this study is to compare through numerical simulations, the most common turbulence models such as K-epsilon and RSM to LES that is rarely used in this field, in order to show the efficiency of the LES model to reproduce the velocity distribution. The method used is the following: an experimental case (NEZU 1991) was modeled with RSM, k-epsilon, k-w sst and LES using two different software (Ansys Fluent® and OpenFoam®). Finally, for each model, the three parameters of the velocity U, V and W, the turbulence kinetic energy Tke and the Reynolds stress tensors were compared with the experimental case in order to identify the closest model to Nezu’s results. This research has found that for a certain limit (Re104), the RANS models coupled to Ansys Fluent® software can reproduce correctly neither the velocity distribution nor the secondary currents. This case represents a limit for the RANS models. In comparison the LES model allowed to display a good representation of velocity distribution, secondary currents and of the dip phenomenon. By using the recycling method (Castro 2011) to generate a turbulence inlet velocity, LES shows also the advantage of decreasing the number of grid cells the computational domain, which makes the computational time last less longer. Finally, contrary to the RANS model, the LES model gives information at each time step which allows the researcher to get details that are not provided by the RANS model such as the birth of turbulence in the main channel

Etude numérique et expérimentale du champ de vitesse en canaux composés

Compound channels are characterized by a main channel and a floodplain. Their hydraulic behavior has important applications in rivers and flood control but also in sewer system management. Two approaches are followed in this study. The first one is an experimental study that aims to fulfill the lack of data concerning velocity distribution in narrow and deep compound channels. The experiments were carried out in a 16m long and 0.6m wide compound channel located in the experimental hall of ICube laboratory. The second approach is a numerical one. The objective of this study is to develop a methodology for numerical modelling of velocity distribution in compound channels. To do the experimental data of (Proust et al., 2013) were modelled compared to the experimental data in order to determine the most suitable model to reproduce velocity distribution. In addition to this comparison, the large eddy simulation method were also utilized for two experiments of (Proust et al., 2013) and (Nezu et al., 1990). Two specific boundary conditions were implemented in order to compare the efficiency of each method.Ce travail de thèse se propose de déterminer la distribution de vitesse dans des canaux composés à travers une étude expérimentale et numérique. Afin de répondre à cette problématique, deux approches sont suivies répondant chacune à des enjeux scientifiques et techniques et sous la contrainte de verrous scientifiques. La première approche est une étude expérimentale dont le but est de combler le manque de connaissances sur la distribution de vitesse dans des canaux type réseaux. Une série d’expérimentations est effectuée dans le hall expérimental de l’équipe mécanique des fluides du laboratoire ICube. La deuxième approche est la modélisation 3D où il s’agit de modéliser les travaux de (Proust et al., 2013) pour en déduire la distribution de vitesse dans une section transversale. Cette deuxième approche a pour but de développer une méthodologie de modélisation 3D du champ de vitesse en canaux composés. En plus des modèles de turbulence classiques (Kepsilon, K-oméga, RSM …); la simulation des grandes échelles est utilisée. Les résultats obtenus numériquement seront ensuite comparés à des données expérimentales. Les deux approches suivies dans cette thèse s’autoalimentent : l’étude expérimentale construit une base de données servant à valider le modèle numérique alors que l’étude numérique permet d’étendre les résultats des expérimentations à d’autres géométries

Numerical and experimental study of velocity distribution in compound channels

Ce travail de thèse se propose de déterminer la distribution de vitesse dans des canaux composés à travers une étude expérimentale et numérique. Afin de répondre à cette problématique, deux approches sont suivies répondant chacune à des enjeux scientifiques et techniques et sous la contrainte de verrous scientifiques. La première approche est une étude expérimentale dont le but est de combler le manque de connaissances sur la distribution de vitesse dans des canaux type réseaux. Une série d’expérimentations est effectuée dans le hall expérimental de l’équipe mécanique des fluides du laboratoire ICube. La deuxième approche est la modélisation 3D où il s’agit de modéliser les travaux de (Proust et al., 2013) pour en déduire la distribution de vitesse dans une section transversale. Cette deuxième approche a pour but de développer une méthodologie de modélisation 3D du champ de vitesse en canaux composés. En plus des modèles de turbulence classiques (Kepsilon, K-oméga, RSM …); la simulation des grandes échelles est utilisée. Les résultats obtenus numériquement seront ensuite comparés à des données expérimentales. Les deux approches suivies dans cette thèse s’autoalimentent : l’étude expérimentale construit une base de données servant à valider le modèle numérique alors que l’étude numérique permet d’étendre les résultats des expérimentations à d’autres géométries.Compound channels are characterized by a main channel and a floodplain. Their hydraulic behavior has important applications in rivers and flood control but also in sewer system management. Two approaches are followed in this study. The first one is an experimental study that aims to fulfill the lack of data concerning velocity distribution in narrow and deep compound channels. The experiments were carried out in a 16m long and 0.6m wide compound channel located in the experimental hall of ICube laboratory. The second approach is a numerical one. The objective of this study is to develop a methodology for numerical modelling of velocity distribution in compound channels. To do the experimental data of (Proust et al., 2013) were modelled compared to the experimental data in order to determine the most suitable model to reproduce velocity distribution. In addition to this comparison, the large eddy simulation method were also utilized for two experiments of (Proust et al., 2013) and (Nezu et al., 1990). Two specific boundary conditions were implemented in order to compare the efficiency of each method

Stage–discharge relationship for a pipe overflow structure in both free and submerged flow

Many facilities for urban drainage systems are equipped with a pipe overflow structure that can often be treated as a circular broad-crested weir. Thus it is possible to evaluate the overflow discharge through this device by measuring the water levels in the upstream tank and at the outlet of the pipe. In the present study, computational fluid dynamics (CFD) is used to determine a relationship between the discharge and the water levels upstream and downstream of the orifice for a range of diameters between 200 and 600 mm and a relative head up to 2. Over 50 numerical simulations are performed to take into account all the operating conditions of the system: free flow, submerged flow and pressurized flow. A regression is applied to the resulting data in order to obtain an orifice equation valid in both free-flow and submerged-flow regimes. Specific formulas, derived from Bernoulli's theorem, are also given for pressurized flows. The proposed methodology is applied to two examples

Projet Mentor : Fusion des livrables 19 et 25. Rapport d'avancement des tâches 4 et 5

Ce rapport expose l'avancée des travaux concernant la tâche 4 qui porte sur les mesures de vitesse avec contact, et de la tâche 5 qui concerne le comportement de la pollution particulaire dans les réseaux. Le rapport à T0+12 ayant été finalisé en février 2014, les avancées effectuées restent modestes après deux mois. Dans un premier temps, ce rapport rappelle les partenaires impliqués dans cette tâche. Dans un second temps, il donne les résultats concernant les cas étudiés en laboratoire : jonctions de canaux, bifurcations de canaux, coudes et sections droites équipées de banquettes. Dans un troisième temps, il expose les travaux effectués sur le terrain

Projet COACHS - Rapport finalisé

Le projet avait pour principal objectif de contribuer au déploiement de systèmes d'instrumentation intégrée permettant une surveillance en continu et en temps réel des rejets des réseaux d'assainissement au milieu naturel. L'instrumentation intégrée signifiait ici la prise en compte de la chaîne métrologique complète, de la qualification d'un site de mesure et du choix d'une méthode au calcul d'incertitudes et à la valorisation des données, du choix des capteurs à leur implantation. La mise en synergie de recherches en mécanique des fluides numérique et de travaux expérimentaux a permis de : proposer des méthodes de mesure du débit dans un écoulement canalisé et de détermination du débit déversé au niveau des postes de refoulement ; développer une méthodologie d'évaluation des débits conserÎs et déversés au niveau des déversoirs d'orage ; montrer sur des exemples comment, pour un site donné, des recommandations peuvent être formulées pour la mise en place d'une instrumentation intégrée au niveau des déversoirs d'orage ; préciser l'influence d'une singularité (coude ou confluence) sur l'écoulement en aval et ses répercussions sur le positionnement d'un débitmètre à l'aval d'une telle singularité