Large eddy simulation and laboratory experiments on the decay of grid wakes in strongly stratified flows

A detailed analysis of the flow structure resulting from the combination of turbulence and internal waves is carried out and visualized by means of the Schlieren method on waves in a strongly stratified fluid at the Laboratory of the IPM in Moscow. The joint appearance of the more regular internal wave oscillations and the small-scale turbulence that is confined vertically to the Ozmidov length scale favours the use of a simple geometrical analysis to investigate their time-space span and evolution. This provides useful information on the collapse of internal wave breaking processes in the ocean and the atmosphere. The measurements were performed under a variety of linear stratifications and different grid forcing scales, combining the grid wake and velocity shear. A numerical simulation using LES on the passage of a single bar in a linearly stratified fluid medium has been compared with the experiments identifying the different influences of the environmental agents on the actual effective vertical diffusion of the wakes. The equation of state, which connects the density and salinity, is assumed to be linear, with the coefficient of the salt contraction being included into the definition of salinity or heat. The characteristic internal waves as well as the entire beam width are related to the diameter of the bar, the Richardson number and the peak-to-peak value of oscillations. The ultimate frequency of the infinitesimal periodic internal waves is limited by the maximum buoyancy frequency relating the decrease in the vertical scale with the anisotropy of the velocity turbulent r.m.s. velocity

ROFI structure in the gulf of Lions and the NW Mediterranean Sea: field and remote sensing observations of surface coherent structures

The advances in radar sensors may be applied to study the flow in the region of fresh water influence (ROFI) region of the ocean. The Synthetic Aperture Radar (SAR) is a useful tool that may be used to study both marine water dynamics and its pollution. Oil spills and natural slicks may be detected and processed with advanced computer techniques to reveal vortex dynamics and turbulence spectral characteristics of the complex eddy and current interaction in the ocean surface. In the framework of the European Union contract Clean Seas, more than 300 SAR images of the North-west Mediterranean Sea area taken between December 1996 and December 1998 were analyzed. 255 eddies can be detected under certain conditions and we analyzed statistically the appearance, size and position of vortices in the test area. It is shown that the maximum size of the eddies detected near the coast is limited by the Rossby deformation radius To be discussed and that there is a decrease in size in the coastal waters in the direction of the Liguro-Provenzal current with the largest eddies occurring near the cape of Rosas. The role of submarine canyons in the vortex generation is indicated by the asymmetry of their distribution with respect to the thalwegs. It is demonstrated that useful information of a geometrical nature obtained by SAR satellite images may be used to estimate relevant dynamical parameters of coastal flowsPostprint (author’s final draft

Ecoulement bi-fluide : Application à l’impact d’une vague solitaire

Nous cherchons à analyser le déferlement d’une  vague solitaire sur une plage en présence de macro-rugosités, par simulation numérique sur un code  volumes finis tridimensionnel. Le modèle bi-fluide à  faible Mach, déjà validé par des confrontations expérimentales, repose sur des schémas numériques  optimisés

Numerical simulation of wave breaking

This paper is devoted to the numerical simulation of wave breaking. It presents the results of a numerical workshop that was held during the conference LOMA04. The objective is to compare several mathematical models (compressible or incompressible) and associated numerical methods to compute the flow field during a wave breaking over a reef. The methods will also be compared with experiments

Modélisation numérique tridimensionnelle du panache de l'Ebre

TOULON-BU Centrale (830622101) / SudocSudocFranceF

Suivi d'interface tridimensionnel (application au déferlement)

L'objet de cette thèse est de mettre en oeuvre puis de valider dans un code de calcul industriel (EOLE de la société Principia R&D) une méthode numérique originale permettant de suivre l'interface entre deux fluides pour un écoulement tridimensionnel : la méthode " Segment-Lagrangian Volume Of Fluid 3D " (SL-VOF 3D). Le document s'articule autour de cinq parties. La première partie décrit les hypothèses de calcul dans lesquelles on se place, et définit le modèle mathématique utilisé. La seconde partie propose une revue des différents types de méthodes de suivi d'interface étudiées et s'efforce de dégager les qualités et les défauts de chacune. La troisième partie définit le modèle numérique utilisé et décrit en détail la méthode de suivi d'interface développée. Cette méthode est de type " Volume Of Fluid " et combine une représentation affine par morceaux de l'interface et une advection lagrangienne. Dans la quatrième partie les performances de la méthode sont évaluées sur différents cas-tests. On compare ensuite les résultats avec des solutions analytiques ou avec des résultats obtenus avec d'autres méthodes. Enfin, dans la cinquième partie, on applique la méthode au déferlement de vagues. Un couplage avec une méthode d'éléments frontières est effectué. Le déferlement plongeant d'ondes solitaires sur des fonds de pentes variables est ainsi simulé et illustre l'intérêt de la méthode proposée.The aim of this thesis is to built and to validate in a CFD code (EOLE of the company Principia R&D) an original numerical method allowing to track the interface between two fluids for 3-D flows: the "Segment Lagrangian Volume Of Fluid 3-D" method (SL-VOF 3-D). The document is divided in five parts. The first part describes the computational hypothesis and the mathematical model used. The second part deals with some numerical interface tracking method studied and explains the advantages and the drawbacks of each one. The third part defines the numerical model used and describes the developed interface tracking method. This method is a Volume Of Fluid type method and combines a piecewise linear representation of the interface and a lagrangian advection. In the fourth part the capacities of the method are evaluated through different test cases. The results are then compared with analytical solutions or with results obtained with others methods. Finally, in the fifth part, the method is applied to wave breaking. A coupling with a boundary elements method is achieved. Plunging breakers on sloping bottoms are simulated. This illustrates the capability of the developed method.TOULON-BU Centrale (830622101) / SudocSudocFranceF

Ecoulements turbulents stratifiés et simulation des grandes échelles

TOULON-BU Centrale (830622101) / SudocSudocFranceF

Modélisation du panache du Rhône et de sa région d'influence

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Hydrodynamique et transport de particules en suspension dans le lagon Sud-ouest de Nouvelle-Calédonie

TOULON-BU Centrale (830622101) / SudocSudocFranceF

Echanges côte-large à moyenne échelle au niveau de la pente continentale du Golfe du Lion (processus et modélisation)

La dynamique des échanges de masses d'eau entre le plateau du Golfe du Lion et le large est soumise à une grande variété de processus physiques agissant à différentes échelles spatio-temporelles sur la circulation. Ce travail de thèse basé sur la modélisation réaliste de deux années distinctes apporte une contribution à une meilleure connaissance de la circulation et des processus hydrodynamiques en mer Méditerranée Nord-Occidentale et dans le Golfe du Lion. Dans un premier temps, la modélisation de l'année 2001 réalisée sur le bassin Nord-Ouest Méditerranéen a été confronté à des mesures satellites de température de surface de la mer (SST) et à la climatologie MEDATLAS. Ces comparaisons ont montré un bon accord en termes de structure et de variabilité saisonnière de la circulation à grande échelle. A plus petite échelle, plusieurs processus agissant sur le plateau et au niveau de la pente continentale du Golfe du Lion ont été étudiés en comparant les résultats du modèle aux mesures satellites de SST et de Chlorophylle. Dans un deuxième temps, une configuration améliorée a été utilisée en complément des mesures récoltées durant la campagne ECOLOPHY (Juin et décembre 2005) pour étudier la variabilité méso-échelle engendrée sur le front côtier du Courant Nord (CN). Les mesures des mouillages ADCP, d'une durée d'un an, ont montré une intensification de l'activité méso-échelle en hiver due aux changements de la structure du courant et à l'effet du vent local. Les fluctuations de courant, mises en évidence par la formation de méandres et de tourbillons, ont été attribuées à des instabilités baroclines et barotropes. Enfin, nous avons montré, à l'aide de tests de sensibilité, l'influence du forçage de vent et de la bathymétrie sur la génération de ces instabilités.Dynamics of water mass exchanges between the Gulf of Lions (GoL) and the open sea are driven by several physical processes, which influence circulation at several spacio-temporal scales. This study, based on a realistic modelling during two years, aims to bring a better knowledge of circulation and hydrodynamics processes occurring in the NW Mediterranean Sea and in the GoL. Firstly, the NW Mediterranean Basin circulation modelled during the year 2001 is compared with Sea Surface Temperature (SST) satellite measurements (AVHRR) and with the MEDATLAS climatology. These comparisons show a good agreement concerning surface patterns and seasonal variability of the large scale circulation. At lower scale, several processes influence circulation over the shelf and the GoL's continental slope. These processes are studied by comparing model results to SST and chlorophyll satellite measurements. Secondly, an improved modelling configuration had been used with in-situ measurements collected during the ECOLOPHY experiment (June - December 2005) to investigate the mesoscale variability generated on the onshore Northern Current (NC) front. The one-year time series of ADCP current measurements revealed that mesoscale activity strengthens during winter due to seasonal variability of the NC and to local wind effect. Current fluctuations evidenced by meanders and eddies, are attributed to baroclinic and barotropic instability processes. Finally, modelling test cases show that wind forcing and bathymetry influence the generation of these instabilities.TOULON-BU Centrale (830622101) / SudocSudocFranceF