Development of a dynamic riparian vegetation model in TELEMAC-2D

Water Qualit

2D and 3D numerical modelling of the flow and sediment transport in shallow reservoirs: application to a real case

Hydrodynamic

Étude de l'interaction entre un fluide et une structure oscillante : régimes d'écoulement et de forces, du cylindre isolé au réseau de cylindres

This thesis presents a 2D numerical and physical study of the dynamics of a viscous incompressible fluid initially at rest, put in motion by forced transverse rectilinear oscillations of a cylinder. That system is described by two dimensionless numbers. The Reynolds number (Re) measures the ratio of the inertial forces to the viscous forces, and the Keulegan-Carpenter number (KC) compares the amplitude of the cylinder oscillations to its diameter. The objective is to determine the influence of those two parameters on the drag and transverse forces exerted by the fluid on the structure, in relation with flow dynamics. The Navier-Stokes equations are numerically solved with a finite element method. Firstly various modes are identified from computanional results regarding the flow and forces responses over an oscillation cycle. Flow symmetry properties and vortex patterns are correlated to the time-series of the forces. Besides simulations on long durations compared to the cylinder oscillation period reveal stability domains of the modes in the plane (KC, Re). For some regimes, forces exhibit amplitude fluctuations. They are interpreted notably from forces spectra and flow instabilities. Finally the transition from the problem of one cylinder to the case of a square bundle of 25 cylinders is studied. An energetic approach is proposed to characterize the influence of KC and Re on the global system's behavior, for the isolated cylinder and for the bundle.Cette thèse porte sur l'étude numérique et physique de la dynamique d'un fluide réel incompressible initialement au repos, mis en mouvement par les oscillations rectilignes transversales forcées d'un cylindre. Ce système est décrit par deux nombres adimensionnels. Le nombre de Reynolds (Re) compare les forces d'inertie aux forces de viscosité, et le nombre de Keulegan-Carpenter (KC) mesure l'amplitude des oscillations du cylindre par rapport à son diamètre. L'objectif est de déterminer l'influence de ces deux paramètres sur les forces de traînée et de portance exercées par le fluide sur la structure, en lien avec la dynamique de l'écoulement. Les équations de Navier-Stokes sont résolues numériquement par une méthode d'éléments finis. Les résultats de ces calculs pour l'écoulement et les forces permettent d'abord d'identifier différents modes de comportement du système sur un cycle d'oscillation du cylindre. Les propriétés de symétrie de l'écoulement et les trajectoires des tourbillons sont corrélées aux signaux temporels des forces. Puis l'analyse de la réponse du système sur des temps longs devant la période d'oscillation du cylindre met en évidence des domaines de stabilité des modes dans le plan (KC, Re). Dans certains régimes, les forces présentent des fluctuations d'amplitude. Elles sont interprétées notamment à l'aide des spectres des forces et des instabilités observées dans l'écoulement. Enfin, le passage du problème d'un seul cylindre à un réseau carré de 25 cylindres est étudié. Une approche énergétique est proposée pour caractériser l'influence de KC et Re sur le comportement global du système, dans le cas du cylindre isolé et celui du réseau

Étude de l'interaction entre un fluide et une structure oscillante : régimes d'écoulement et de forces, du cylindre isolé au réseau de cylindres

en français : Cette thèse porte sur l'étude numérique et physique de la dynamique d'un fluide réel incompressible initialement au repos, mis en mouvement par les oscillations rectilignes transversales forcées d'un cylindre. Ce système est décrit par deux nombres adimensionnels. Le nombre de Reynolds (Re) compare les forces d'inertie aux forces de viscosité, et le nombre de Keulegan-Carpenter (KC) mesure l'amplitude des oscillations du cylindre par rapport à son diamètre. L'objectif est de déterminer l'influence de ces deux paramètres sur les forces de traînée et de portance exercées par le fluide sur la structure, en lien avec la dynamique de l'écoulement. Les équations de Navier-Stokes sont résolues numériquement par une méthode d'éléments finis. Les résultats de ces calculs pour l'écoulement et les forces permettent d'abord d'identifier différents modes de comportement du système sur un cycle d'oscillation du cylindre. Les propriétés de symétrie de l'écoulement et les trajectoires des tourbillons sont corrélées aux signaux temporels des forces. Puis l'analyse de la réponse du système sur des temps longs devant la période d'oscillation du cylindre met en évidence des domaines de stabilité des modes dans le plan (KC, Re). Dans certains régimes, les forces présentent des fluctuations d'amplitude. Elles sont interprétées notamment à l'aide des spectres des forces et des instabilités observées dans l'écoulement. Enfin, le passage du problème d'un seul cylindre à un réseau carré de 25 cylindres est étudié. Une approche énergétique est proposée pour caractériser l'influence de KC et Re sur le comportement global du système, dans le cas du cylindre isolé et celui du réseau.en anglais : This thesis presents a 2D numerical and physical study of the dynamics of a viscous incompressible fluid initially at rest, put in motion by forced transverse rectilinear oscillations of a cylinder. That system is described by two dimensionless numbers. The Reynolds number (Re) measures the ratio of the inertial forces to the viscous forces, and the Keulegan-Carpenter number (KC) compares the amplitude of the cylinder oscillations to its diameter. The objective is to determine the influence of those two parameters on the drag and transverse forces exerted by the fluid on the structure, in relation with flow dynamics. The Navier-Stokes equations are numerically solved with a finite element method. Firstly various modes are identified from computanional results regarding the flow and forces responses over an oscillation cycle. Flow symmetry properties and vortex patterns are correlated to the time-series of the forces. Besides simulations on long durations compared to the cylinder oscillation period reveal stability domains of the modes in the plane (KC, Re). For some regimes, forces exhibit amplitude fluctuations. They are interpreted notably from forces spectra and flow instabilities. Finally the transition from the problem of one cylinder to the case of a square bundle of 25 cylinders is studied. An energetic approach is proposed to characterize the influence of KC and Re on the global system's behavior, for the isolated cylinder and for the bundle.PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF

Characterization of long time fluctuations of forces exerted on an oscillating circular cylinder at KC = 10

International audienceFlow dynamics, in-line and transverse forces exerted on an oscillating circular cylinder in a fluid initially at rest are studied by numerical resolution of the two-dimensional Navier–Stokes equations. The Keulegan–Carpenter number is held constant at KC = 10 and Re is increased from 40 to 500. For the different flow regimes, links between flow spatio-temporal symmetries and force histories are established. Besides simulations of long duration show that in two ranges of Re, forces exhibit low frequency fluctuations compared to the cylinder oscillation frequency. Such observations have been only mentioned in the literature and are more deeply examined here. In both ranges, force fluctuations correspond to oscillations of the front and rear stagnation points on the cylinder surface. However, they occur in flow regimes whose basic patterns (V-shaped mode or diagonal mode) have different symmetry features, inducing two distinct behaviors. For 80 < Re < 100, fluctuations are related to a spectral broadening of the harmonics and to a permutation between three vortex patterns (V-shaped, transverse and oblique modes). In the second range 150 < Re < 280, amplitude fluctuations are correlated to the appearance of low frequency peaks interacting with harmonics of the cylinder frequency. Fluctuations are then a combination of a wavy fluctuation and an amplitude modulation. The carrier frequency corresponding to the wavy fluctuation depends on Re and is related to a fluid characteristic time; the modulation frequency is independent of Re and equal to 1/4 of the cylinder oscillation frequency

Bifurcation dans un jet laminaire horizontal soumis à la poussée d'Archimède

This video displays the salt concentration and velocity field derived from 2D modeling of a horizontal jet of pure water in a tank of salted water.The calculations were carried out during a 3rd-year engineering school project at ENSTA by Marion Duclercq et Bastien Chapuis, based on an article by Arakeri and Srinivasan, JFM (2000).The numerical method used to solve the equations is a quadratic implemented in the Cast3M software. Note the use of adaptive remeshing in order to correctly capture the desalination front.Cette vidéo montre le champ de concentration en sel et de vitesse issu de la modélisation 2D d'un jet horizontal d'eau pure dans une cuve d'eau salée.Les calculs ont été réalisés au cours d'un projet de 3ème année d'école d'ingénieurs à l'ENSTA par Marion Duclercq et Bastien Chapuis, sur la base d'un article de Arakeri et Srinivasan, JFM (2000).La méthode numérique utilisée pour résoudre les équations est une méthode d'éléments finis quadratiques implémentée dans le code de calcul Cast3M. Notez l'utilisation du remaillage adaptatif pour suivre correctement le front de dessalement

Limiting the development of riparian vegetation in the Isère River: A physical modelling study

Physical modelling experiments are conducted to investigate if a modification of the Isère River (French Alps) hydrology by changing dams management is able to foster riverbed morphodynamic and, thus limiting riparian plant development. The experimental setup is a 1:35 scale, undistorted movable bed designed to ensure the Froude number similarity and initial conditions for sediment particle motion. The physical model is 35 m long, 2.6 m wide, with a sand mixture composed of three grain size classes. Two runs with different flow and bed load conditions are simulated. Preliminary results show an intense riverbed activity when the system reaches a dynamic equilibrium state. Under these conditions, bar mobility is strong enough to limit vegetation encroachment only when water discharges are higher than the discharge of a 5-years flood during more than 10 days. These results indicate that the hydrological characteristics of the Isère River and the actual configuration of the hydropower structures could be not able to release annually the flow conditions needed to control riparian plant development

Limiting the development of riparian vegetation in the Isère River: A physical modelling study

Physical modelling experiments are conducted to investigate if a modification of the Isère River (French Alps) hydrology by changing dams management is able to foster riverbed morphodynamic and, thus limiting riparian plant development. The experimental setup is a 1:35 scale, undistorted movable bed designed to ensure the Froude number similarity and initial conditions for sediment particle motion. The physical model is 35 m long, 2.6 m wide, with a sand mixture composed of three grain size classes. Two runs with different flow and bed load conditions are simulated. Preliminary results show an intense riverbed activity when the system reaches a dynamic equilibrium state. Under these conditions, bar mobility is strong enough to limit vegetation encroachment only when water discharges are higher than the discharge of a 5-years flood during more than 10 days. These results indicate that the hydrological characteristics of the Isère River and the actual configuration of the hydropower structures could be not able to release annually the flow conditions needed to control riparian plant development

Gestion des écosystèmes forestiers en contexte d’intervention publique. Le cas de la commune rurale de Skoura (Moyen Atlas)

no abstrac