Transport des particules dans une géométrie réaliste

La thématique engagée dans cette recherche consiste donc à mettre en place une modélisation numérique fiable et complète du transport et du dépôt des particules dans un écoulement pulmonaire en se basant sur l’utilisation du code de calcul commercial CFD-ACE. Ce code intègre un solveur fluide qui résout les équations de Navier-Stokes incompressibles dans une formulation volumes finis. Le logiciel CFD-GEOM a été utilisé pour créer les surfaces en 3D de la géométrie générique du modèle de Weibel et ainsi générer le maillage non-structuré tétraèdrique en volumes finis. Dans le cadre de ce travail, il est supposé que le flux d’air est laminaire, stationnaire (ou instationnaire uniquement dans les modèles bronchiques) et incompressible ; les particules de diamètre 5 µm sont sphériques et sans interaction. Le pourcentage global et local du dépôt des particules dans les poumons peut s’exprimer comme une efficacité de dépôt et se définit par le rapport entre le nombre de particules déposées dans une région donnée et le nombre total de particules admises initialement à l’entrée de la conduite. L’efficacité de dépôt dépend fortement du nombre de Stokes d’entrée, des conditions d’admission en termes de profil de vitesse du fluide (nombre de Reynolds d’entrée), de la distribution et des caractéristiques des particules. Nous avons donc modélisé avec succès les écoulements ainsi que le transport et le dépôt de particules dans des configurations simples (modèles de Weibel) et des configurations réalistes (poumons de rat et du lapin) et ce que l’on en peut dire c’est que la simulation, bien que coûteuse (surtout pour le dépôt des particules), ne présente pas de difficultés insurmontables. Par contre l’obtention d’une géométrie réaliste et la génération du maillage associé reste une étape délicate

Etude numérique des forces agissant sur une sphère en chute libre dans un tube rempli d'un fluide Newtonien au repos

Cette étude s'intéresse à l'action des forces sur une sphère en chute libre dans un tube, et plus particulièrement, à celle de la force de répulsion de la paroi sur la sphère. Pour mieux comprendre les mécanismes en jeu,le problème est découplé en deux cas : l'étude de l'écoulement sur une sphère en translation uniforme dans un tube puis l'étude de la trajectoire d'une sphère possédant les trois degrés de liberté en translation et chutant sous l'action de la force de gravité

Coherent and turbulent processes in the bistable regime around a tandem of cylinders including reattached flow dynamics by means of high-speed PIV

The turbulent flow around two cylinders in tandem at the sub-critical Reynolds number range of order of 105 and pitch to diameter ratio of 3.7 is investigated by using time-resolved Particle Image Velocimetry (TRPIV) of 1 kHz and 8 kHz. The bi-stable flow regimes including a flow pattern I with a strong vortex shedding past the upstream and the downstream cylinder, as well as a flow pattern II corresponding to a weak alternating vortex shedding with reattachment past the upstream cylinder are investigated. The structure of this “reattachment regime” has been analyzed in association with the vortex dynamics past the downstream cylinder, by means of POD and phase-average decomposition. These elements allowed interconnection among all the measured PIV planes and hence analysis of the reattachment structure and the flow dynamics past both cylinders. The results highlight fundamental differences of the flow structure and dynamics around each cylinder and provide the ‘gap’ flow nature between the cylinders. Thanks to a high-speed camera of 8 kHz, the shear-layer vortices tracking has been possible downstream of the separation point and the quantification of their shedding frequency at the present high Reynolds number range has been achieved. This issue is important regarding fluid instabilities involved in the fluid–structure interaction of cylinder arrays in nuclear reactor systems, as well as acoustic noise generated from the tandem cylinders of a landing gear in aeronautics

Aerodynamic drag reduction of a tilt rotor aircraft using zero-net-mass-flux devices

The study described in this paper was conducted as part of the European Funded CleanSky2 project AFC4TR (Active Flow Control for Tilt-Rotor aircraft). High Fidelity numerical simulations were made to study various approaches of using Active Flow Control (AFC) actuators to delay flow separation at near stall conditions of the Next Generation Civil Tilt Rotor (NGCTR) VTOL aircraft with a tilted nacelle used during take-off and landing. The study revealed that for this configuration the flow separations travel in the spanwise direction starting from the middle of the wing. Various flow control strategies using Zero Net Mass Flux (ZNMF) actuators (synthetic jets) were then tested. Different number of actuators were integrated on the wing at different positions in order to optimize the effectiveness of these devices. It was found that when placed correctly, using the optimal blowing velocity and actuation frequency, ZNMF devices help to delay flow separation, resulting in a reduction of pressure drag and an increase in the aircraft's aerodynamic efficiency

Prediction of Transonic Buffet by Delayed Detached-Eddy Simulation

A delayed detached-eddy simulation of the transonic buffet over a supercritical airfoil is performed. The turbulence modeling approach is based on a one-equation closure, and the results are compared to an unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes simulation using the same baseline model as well as experimental data. The delayed detached-eddy simulation successfully predicts the self-sustained unsteady shock-wave/boundary-layer interaction associated with buffet. When separation occurs, the flow exhibits alternate vortex shedding and a spanwise undulation. The method also captures secondary fluctuations in the boundary layer that are not predicted by unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes simulation. A map of flow separation emphasizes the differences between the delayed detached-eddy simulation and unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes flow topologies. Statistical pressure distributions and velocity profiles help assess the performance of each model. They indicate that the delayed detached-eddy simulation tends to overestimate the flow unsteadiness near the trailing edge. Instantaneous distributions of Reynolds-averaged Navier–Stokes and large-eddy simulation regions during buffet show that the delayed detached-eddy simulation enforces Reynolds-averaged Navier–Stokes mode near the airfoil even when the boundary layer gets very thick

Simulation d'un écoulement autour d'une sphère en translation uniforme dans un tube

Nous étudions numériquement l'écoulement d'une sphère en translation uniforme dans un tube par la méthode de superposition de grilles (méthode chimère) pour des écoulements stationnaires aux nombres de Reynolds modérés (entre 50 et 350). Un intérêt particulier est porté à l'effet de sol induit par la paroi du tube sur la sphère

Simulation numérique et analyse physique du tremblement transsonique d'un profil supercritique à Reynolds élevé

L'écoulement autour d'un profil d'aile supercritique est étudié numériquement dans le régime du tremblement transsonique à Reynolds élevé par des approches de modélisation de la turbulence statistiques (URANS), statistiques avancées (Organized-Eddy Simulation) et hybrides (DDES). Les différentes méthodes sont évaluées par rapport à leurs capacités de prédiction des caractéristiques du mouvement de l'onde de choc, des fluctuations de grandeurs locales de l'écoulement et des profils de vitesse sur l'extrados. L'influence de l'instabilité de von Kármán sur le tremblement est également analysée

Numerical study of the turbulent transonic interaction and transition location effect involving optimisation around a supercritical aerofoil

The present article analyses the turbulent flow around a supercritical aerofoil at high Reynolds number and in the transonic regime, involving shock-wave/boundary-layer interaction (SWBLI) and buffet, by means of numerical simulation and turbulence modelling. Emphasis is put on the transition position influence on the SWBLI and optimisation of this position in order to provide a maximum lift/drag ratio. A non-classical optimisation approach based on Kriging method, coupled with the URANS modelling, has been applied on steady and unsteady flow regimes. Therefore, the present study contributes to the so-called ‘laminar-wing design’ with the aim of reducing the drag coefficient by providing an optimum laminar region upstream of the SWBLI

Hybrid RANS-LES Modelling on a strongly detached turbulent flow around tandem cylinder at high Reynoldsnumber

The turbulent flow around a generic configuration of a landing gear ('the tandem cylinder') is simulated and analysed physically at Re=1.6E05, by means of hybrid RANS-LES turbulence modelling approaches, which are compared with URANS ones. Especially, the statistical part of the Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) is reconsidered by means of the Organised Eddy Simulation, OES, to take into account non-equilibrium turbulence effects. The results are compared with experiments carried out at the NASA-Langley Research Centre, in the context of ATAAC EU program