Résolution performante des problèmes instationnaires d’interaction thermique fluide – solide

Une méthode efficace de couplage thermique instationnaire de solveurs fluide et solide est présentée. D’intrusivité très limitée dans les codes, le couplage adapte régulièrement les conditions limites d’interface fluide – solide en assurant l’équilibre instantané des flux et températures et la conservativité. Sa formulation, non itérative, facilitant la parallélisation et avec éventuel gel de la dynamique du fluide, est une réponse à la question cruciale du coût de calcul

Methodology of numerical coupling for transient conjugate heat transfer

This paper deals with the construction of a conservative method for coupling a fluid mechanics solver and a heat diffusion code. This method has been designed for unsteady applications. Fluid and solid computational domains are simultaneously integrated by dedicated solvers. A coupling procedure is periodically called to compute and update the boundary conditions at the solid/fluid inter- face. First, the issue of general constraints for coupling methods is addressed. The concept of interpolation scheme is introduced to define the way to compute the interface conditions. Then, the case of the Finite Volume Method is thoroughly studied. The properties of stability and accuracy have been optimized to define the best coupling boundary conditions: the most robust method consists in assigning a Dirichlet condition on the fluid side of the interface and a Robin condition on the solid side. The accuracy is very dependent on the interpolation scheme. Moreover, conservativity has been specifically addressed in our methodology. This numerical property is made possible by the use of both the Finite Volume Method and the corrective method proposed in the current paper. The corrective method allows the cancellation of the possible difference between heat fluxes on the two sides of the interface. This method significantly improves accuracy in transient phases. The corrective process has also been designed to be as robust as possible. The verification of our coupling method is extensively discussed in this article: the numerical results are compared with the analytical solution of an infinite thick plate in a suddenly accelerated flow (and with the results of other coupling approaches)

Une méthode conservative de couplage instationnaire de codes en aérothermique

Une méthode conservative de couplage de solveurs de mécanique des fluides et de diffusion thermique est présentée. L'utilisation optimale des codes et la perspective de paralléliser l'intégration incitent à effectuer un couplage pour lequel les échanges de données entre domaines intégrés sont effectués selon des pas de temps indépendants des conditions classiques de stabilité numérique. La conservativité est alors maintenue par des corrections qui sont une nouvelle source de déstabilisation. L'étude détermine des critères permettant de réaliser des calculs stables et conservatifs

A conservative coupling numerical method for transient conjugate heat transfer

A conservative fluid mechanics-heat diffusion solver coupling method is presented. Optimal use of solvers can be achieved by coupling according to a cycle time step independent of classical numerical stability conditions. Solvers integrate their domains independently during a cycle. Between cycles, data are exchanged to compute a coupling boundary condition, which is imposed at the interface between the coupled domains. Conservativity is one of the main purposes of this coupling method. Consequently, Finite Volume method is used for the solvers. But during independent integrations by solvers, thermal flux losses happen at the interfaces between coupled domains. Conservative corrections are defined and used in order to maintain conservativity. But they can destabilize time integration. Stability criteria are established in order to achieve a robust conservative coupling, that eventually also improves integration accuracy

Simulation des transferts de chaleur à l'impact de jets supersoniques chauds sous-détendus

Cette étude a pour but de simuler les échanges thermiques sur une paroi plane impactée par un jet supersonique chaud sous-détendu. Divers modèles de turbulence et schémas numériques sont testés sur des configurations de jet libre et impactant afin de surmonter la combinaison de difficultés liées à ce type de simulation. Les résultats sont confrontés aux relations empiriques établies dans la littérature. Le profil de Nusselt sur la paroi, obtenu expérimentalment par le biais de la “méthode inverse”, permettra de valider finement les simulations lors de la phase finale de cette étude

Constraining an Ocean Model Under Getz Ice Shelf, Antarctica, Using A Gravity‐Derived Bathymetry

Getz Ice Shelf, the largest producer of ice shelf meltwater in Antarctica, buttresses glaciers that hold enough ice to raise sea level by 22 cm. We present a new bathymetry of its sub‐ice shelf cavity using a three‐dimensional inversion of airborne gravity data constrained by multibeam bathymetry at sea and a reconstruction of the bedrock from mass conservation on land. The new bathymetry is deeper than previously estimated with differences exceeding 500 m in a number of regions. When incorporated into an ocean model, it yields a better description of the spatial distribution of ice shelf melt, specifically along glacier grounding lines. While the melt intensity is overestimated because of a positive bias in ocean thermal forcing, the study reveals the main pathways along which warm oceanic water enters the cavity and corroborates the observed rapid retreat of Berry Glacier along a deep channel with a retrograde bed slope

Etude de l'aérothermique transitoire d'un impact de jet dans un écoulement transverse confiné

Une modélisation expérimentale du refroidissement par ventilation dédié d'un carter moteur chauffé en face arrière est présentée. La réponse transitoire de l'aérothermique du système fluide-solide à un changement de débit de ventilation est en particulier étudiée. L'expérience consiste en une plaque plane de vitrocéramique dont la face arrière est à température constante, et qui est refroidie en face avant par un jet impactant en écoulement transverse confiné. L'instationnarité est alors réalisée en faisant varier linéairement dans le temps le débit du jet entre deux valeurs extrêmes afin de suivre par thermographie infrarouge et en moyenne de phase l'évolution des variations de température à l'interface fluide/solide

Couplage aérothermique et simulation de refroidissement par jet

Une méthode de couplage aérothermique développée pour des applications instationnaires est implémentée dans CEDRE, la plateforme de calcul de l'ONERA dédiée aux simulations multi-physiques d'écoulement en énergétique. Un premier cas de calcul d'intérêt industriel est présenté : une configuration de refroidissement de matériau par jet dédié, représentative de ventilations pouvant être utilisées notamment dans les cavités nacelles des moteurs d'avion. La comparaison avec l'expérience est tout à fait satifaisante et met en évidence l'importance de la précision des calculs effectués avec les deux solveurs couplés

Prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux par des simulations instationnaires pour des écoulements turbulents chauffés

Cette thèse s inscrit dans le cadre de l amélioration des prévisions aérothermiques qui suscite l intérêt croissant des industriels aéronautiques. Elle consiste à évaluer l apport des méthodes URANS avancées de type SAS dans la prévision des flux de chaleur turbulents et pariétaux pour des écoulements turbulents chauffés. Elle vise aussi à situer ces approches par rapports aux modèles URANS classiques de type DRSM et hybrides RANS/LES comme la ZDES. Une extension de l approche SAS à un modèle DRSM a d abord été proposé afin d obtenir une meilleure restitution des tensions de Reynolds résolues et modélisées. Ce modale SAS-DRSM a été implanté dans le code elsA de l ONERA. Nous avons ensuite évalué les approches SAS disponibles avec ce code sur la prévention d écoulements aérothermiques rencontrés sur avion dans un compartiment de moteur. Ces études ont montré que les approches SAS améliorent la représentation des écoulements par rapport aux modèles URANS classiques. Elles aboutissent à des écoulements fortement tridimensionnels avec de nombreuses structures turbulentes. Ces structures induisent un mélange turbulent accru et donc une meilleure prévision du flux de chaleur pariétal. De plus, nos travaux ont situé les approches de type SAS comme des méthodes plus précises que les méthodes URANS classiques sans augmentation importante du coût de calcul. Les modèles SAS ne résolvent pas les plus petites structures caractéristiques du mouvement turbulent par rapport à la ZDES qui montre des prévisions supérieures. Le modèle SAS-RDSM offre néanmoins la meilleur alternative de type SAS. Enfin, l étude du flux de chaleur turbulent semble retrouver le fait que l hypothèse classique de nombre de Prandtl turbulent constat n est pas valable dans toutes les zones de l écoulement.The improvement of aerothermal predictions is a major concern for aeronautic manufacturers. In line with this issue, SAS approaches are assessed on the prediction of wall and turbulent heat fluxes for heated-turbulent flows. This study also aims at evaluating these advanced URANS methods in regard to DRSM models and hybrid RANS/LES approaches as ZDES. Firstly, we proposed to combine the SAS approach and a DRSM model in order to better reproduce both resolved and modelled Reynolds stresses. This new model, called SAS-DRSM, was implemented in ONERA Navier-Strokes code elsA. Unsteady simulations of two heated turbulent flows encountered in an aircraft engine compartment were then performed to evaluate all the SAS models available in the code. These numerical studies demonstrated that SAS approaches improve prediction of the flows compared to classical URANS models. They lead to full 3D flows with many turbulent structures. These structures favour turbulent mixing and thus induce a better prediction of the wall heat fluxes. Moreover, the numerical simulations showed that SAS methods are more accurate than classical URANS models without increasing significantly calculation costs. SAS approaches are not able to resolve the smallest turbulent structures in relation to ZDES which provides better predictions. Finally, the investigation of the turbulent heat flux suggested that the constant turbulent Prendtl number assumption, that is characteristic of classical URANS models, may not be valid in some regions of the flow.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

PECAM-1 engagement counteracts ICAM-1-induced signaling in brain vascular endothelial cells

Interactions between leukocytes and vascular endothelial cells are mediated by a complex set of membrane adhesion molecules which transduce bi-directional signals in both cell types. Endothelium of the cerebral blood vessels, which constitute the blood–brain barrier, strictly controls adhesion and trafficking of leukocytes into the brain. Investigating signaling pathways triggered by the engagement of adhesion molecules expressed on brain endothelial cells, we previously documented the role of ICAM-1 in activation of the tyrosine phosphorylation of several actin-binding proteins and subsequent rearrangements of the actin cytoskeleton. In the present study, we show that, whereas PECAM-1 is known to control positively the trans-endothelial migration of leukocytes via homophilic interactions between leukocytes and endothelial cells, PECAM-1 engagement on brain endothelial surface unexpectedly counteracts the ICAM-1-induced tyrosine phosphorylation of cortactin and rearrangements of the actin cytoskeleton. We present evidence that the PECAM-1-associated tyrosine phosphatase SHP-2 is required for ICAM-1 signaling, suggesting that its activity might crucially contribute to the regulation of ICAM-1 signaling by PECAM-1. Our findings reveal a novel activity for PECAM-1 which, by counteracting ICAM-1-induced activation, could directly contribute to limit activation and maintain integrity of brain vascular endothelium