Comparaison de modèles de cavitation en géométrie de Venturi

La simulation numérique d'écoulements cavitants présente de nombreuses difficultés tant dans la modélisation physique du phénomène que dans le développement de méthodes numériques robustes. En effet, de tels écoulements sont caractérisés par une variation importante du nombre de Mach (due à la chute drastique de la vitesse du son), des effets de compressibilité et des états thermodynamiques hors équilibre. L'objectif de la présente étude est la comparaison de deux modèles de cavitation implantés dans un code moyennée (RANS) compressible 1-fluide homogène développé au LEGI. Le phénomène de cavitation est modélisé soit à l'aide d'une équation d'état barotrope pour le mélange liquide-vapeur soit par une équation de transport pour la fraction volumique de vapeur. Dans ce dernier cas, le transfert de masse entre les phases est fermé grâce à une hypothèse de proportionnalité à la divergence du champ de vitesse. Le retard thermique à la cavitation est ici négligé. Le code de calcul est basé sur une discrétisation de type volumes finis centrés. Les flux convectifs sont évalués avec le schéma centré de Jameson. Un préconditionnement à bas nombre de Mach de type Turkel est utilisé pour le traitement des zones de liquide pur. Les simulations instationnaires sont réalisées avec la méthode du pas de temps dual (ordre 2). Le modèle de turbulence k-l de Smith avec un limiteur de viscosité turbulente de Reboud est choisi. L'écoulement étudié est un écoulement en Venturi à grand nombre de Reynolds avec de l'eau à 20 degrés. La poche de cavitation obtenue présente un comportement transitionnel entre une poche stable et une poche pulsante. La validation est effectuée par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles (pression à la paroi, profils de taux de vide et de vitesse locaux). Les profils de taux de vide et de vitesse obtenus sont très proches des résultats expérimentaux pour les deux modèles. L'effet du limiteur de viscosité turbulente est plus prononcé avec le modèle transport de taux de vide (TTV). De plus, les fluctuations de pression RMS à la paroi sont plus importantes notamment en aval de poche avec le modèle TTV

A Discrete Immersed Boundary Method for the numerical simulation of heat transfer in compressible flows

In the present study, a discrete forcing Immersed Boundary Method (IBM) is proposed for the numerical simulation of high-speed flow problems including heat exchange. The flow field is governed by the compressible Navier-Stokes equations, which are resolved by using the open source library OpenFOAM. The numerical solver is modified to include source terms in the momentum equation and in the energy equation, which account for the presence of the immersed body. The method is validated on some benchmark test cases dealing with forced convection problems and moving immersed bodies. The results obtained are in very good agreement with data provided in the literature. The method is further assessed by investigating three-dimensional high Mach flows around a heated sphere with different wall temperature. Even for this more complex test case, the method provides an accurate representation of both thermal and velocity fields

A comparative study of cavitation models in a Venturi flow

International audienceThis paper presents a numerical study of an aperiodic cavitation pocket developing in a Venturi flow. The mass transfer between phases is driven by a void ratio transport equation model. A new free-parameter closure relation is proposed and compared with other formulations. The re-entrant jet development, void ratio profiles and pressure fluctuations are analysed to discern results accuracy. Comparisons with available experimental data are done and good agreement is achieved

On numerical simulation of cavitating flows under thermal regime

International audienceIn this work, we investigate closure laws for the description of interfacial mass transfer in cavitating flowsunder thermal regime. In a first part, we show that, if bubble resident time in the low pressure area of theflow is larger than the inertial/thermal regime transition time, bubble expansion are no longer monitoredby Rayleigh equation, but by heat transfer in the liquid phase at bubbles surfaces. The modelling of inter-facial heat transfer depends thus on a Nusselt number that is a function of the Jakob number and of thebubble thermal Péclet number. This original approach has the advantage to include the kinetic of phasechange in the description of cavitating flow and thus to link interfacial heat flux to interfacial mass fluxduring vapour production. The behaviour of such a model is evaluated for the case of inviscid cavitatingflow in expansion tubes for water and refrigerant R114 using a four equations mixture model. Comparedwith inertial regime (Rayleigh equation), results obtained considering thermal regime seem to predictlower local gas volume fraction maxima as well as lower gradients of velocity and gas volume fraction.It is observed that global vapour production is closely monitored by volumetric interfacial area (bubblesize and gas volume fraction) and mainly by the Jakob number variations. It is found that, in contrast withphase change occurring in common boiling flow, Jakob number variation is influenced by phasic temper-ature difference but also by density ratio variation with pressure and temperature

Techniques for combining fast local decoders with global decoders under circuit-level noise

Implementing algorithms on a fault-tolerant quantum computer will require fast decoding throughput and latency times to prevent an exponential increase in buffer times between the applications of gates. In this work we begin by quantifying these requirements. We then introduce the construction of local neural network (NN) decoders using three-dimensional convolutions. These local decoders are adapted to circuit-level noise and can be applied to surface code volumes of arbitrary size. Their application removes errors arising from a certain number of faults, which serves to substantially reduce the syndrome density. Remaining errors can then be corrected by a global decoder, such as Blossom or Union Find, with their implementation significantly accelerated due to the reduced syndrome density. However, in the circuit-level setting, the corrections applied by the local decoder introduce many vertical pairs of highlighted vertices. To obtain a low syndrome density in the presence of vertical pairs, we consider a strategy of performing a syndrome collapse which removes many vertical pairs and reduces the size of the decoding graph used by the global decoder. We also consider a strategy of performing a vertical cleanup, which consists of removing all local vertical pairs prior to implementing the global decoder. Lastly, we estimate the cost of implementing our local decoders on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs).Comment: 28 pages, 24 figures. Comments welcome! V2 Contains a more detailed FPGA analysi

Modélisation et simulation de la turbulence compressible en milieu diphasique (application aux écoulements cavitants instationnaires)

La simulation des écoulements cavitants est confrontée à des difficultés de modélisation et de résolution numérique provenant des caractéristiques particulières de ces écoulements : changement de phase, gradient de masse volumique important, variation du nombre de Mach, turbulence diphasique, instationnarités. Dans cette thèse, nous nous sommes appliqués à dériver proprement le modèle de mélange homogène 1-fluide couplé à une modélisation RANS de la turbulence. A partir des termes contenus dans ces équations et de la nature des écoulements cavitants étudiés, plusieurs modèles de turbulence basés sur la notion de viscosité turbulente ont été testés : modèles faiblement non-linéaires (corrections SST et de réalisabilité), ajout des termes de turbulence compressible, application de la correction de Reboud, modèles hybrides RANS/LES (DES, SAS). Ces modèles ont été incorporés dans un code compressible qui fait appel à une résolution implicite en pas de temps dual des équations de conservation avec une technique de pré-conditionnement bas-Mach pour traiter les zones incompressibles. Les simulations 2D et 3D ont porté sur deux géométries de type Venturi caractérisées par la présence d une poche de cavitation instationnaire due à l existence d un jet rentrant liquide/vapeur le long de la paroi. Elles montrent que l ensemble des modèles sont capables de capturer le jet rentrant. En revanche, la dynamique de la poche varie entre les modèles et le manque de données expérimentales ne permet pas de discriminer les modèles entre eux. Il apparaît à la vue des résultats que les approches avec la correction de Reboud ou les modèles SAS améliorent la simulation des écoulements.The computation of cavitating flows is a challenging issue due to the characteristics of these flows : phase transition, large density gradient, Mach number variation, interaction between phases and turbulent flow, unsteadiness. In the present study, we performed a derivation of the one-fluid compressible homogenous model coupled with a RANS approach for the turbulent flow. From these equations and the nature of the cavitating flows, several models based on the eddy viscosity assumption have been tested : weakly non-linear models (SST and realisability corrections), compressible turbulence models, hybrid RANS/LES turbulence models (SAS, DES) and the Reboud correction. All the models are implemented in a compressible code, which solves the equations using an implicit dual-time stepping method coupling with a pre-conditionning technique for the incompressible area. 2D and 3D computations are performed on two Venturi geometries characterized by an unsteady cavitation sheet with a liquid/vapor re-entrant jet. All the models are able to capture the re-entrant jet. Nevertheless, the dynamic behaviour differs from one model to another and the lack of experimental data prevents to discriminate the models between them. From the results, the computations with the SAS model and the Reboud correction improve the prediction of the flow.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Petit guide de l'accompagnement à la conception collective d'une transition agroécologique à l'échelle du territoire

Le guide méthodologique, à destination des animateurs de terrain est divisé en trois parties. La première est un dictionnaire imagé des concepts clefs des démarches participatives pour la transition agroécologique . La deuxième partie est une narration de l’expérience TATA-BOX, présentée « comme une recette de cuisine », avec son mode d’emploi étape par étape et un retour d’expérience des scientifiques et des participants des ateliers. Une démarche participative nécessite une construction pas à pas afin de s’adapter au contexte dans lequel elle s'inscrit, au jeu d'acteurs considéré, à la question posée. Aussi la troisième section du guide est composée de d’un ensemble de 23 fiches techniques permettant aux animateurs de terrain de : - suivre le cheminement logique pour la conception de leur propre dispositif - d’opter pour les méthodes et outils participatifs les plus adaptés en ayant un aperçu de leur conditions d’application, leur mode d’emploi, de leurs avantages et inconvénient

Three-dimensional instability of a ow past a sphere: Mach evolution of the regular and Hopf bifurcations

A fully three-dimensional linear stability analysis is carried out to investigate the unstable bifurcations of a compressible viscous fluid past a sphere. A time-stepper technique is used to compute both equilibrium states and leading eigenmodes. In agreement with previous studies, the numerical results reveal a regular bifurcation under the action of a steady mode and a supercritical Hopf bifurcation that causes the onset of unsteadiness but also illustrate the limitations of previous linear approaches, based on parallel and axisymmetric base flow assumptions, or weakly nonlinear theories. The evolution of the unstable bifurcations is investigated up to low-supersonic speeds. For increasing Mach numbers, the thresholds move towards higher Reynolds numbers. The unsteady fluctuations are weakened and an axisymmetrization of the base flow occurs. For a sufficiently high Reynolds number, the regular bifurcation disappears and the flow directly passes from an unsteady planar-symmetric solution to a stationary axisymmetric stable one when the Mach number is increased. A stability map is drawn by tracking the bifurcation boundaries for different Reynolds and Mach numbers. When supersonic conditions are reached, the flow becomes globally stable and switches to a noise-amplifier system. A continuous Gaussian white noise forcing is applied in front of the shock to examine the convective nature of the flow. A Fourier analysis and a dynamic mode decomposition show a modal response that recalls that of the incompressible unsteady cases. Although transition in the wake does not occur for the chosen Reynolds number and forcing amplitude, this suggests a link between subsonic and supersonic dynamics

About the uncertainty quantification of turbulence and cavitation models in cavitating flows simulations

International audiencePrediction in numerical simulation of turbulent cavitating flows is strongly influenced by the presence of several empirical coefficients.The aim of the present paper is to explore the interaction between the cavitation model and turbulence in terms of uncertainty propagation through an unsteady numerical solver, for assessing the robustness and the accuracy of the physical models at different times. Furthermore, the influence of experimental data in the setting of some turbulence and cavitation model coefficients is investigated by means of a Bayesian approach. Finally, the interest is to provide some innovative insights for improving the understanding of these models for cavitating flows