Numerical simulation of the viscous shock tube problem by using a high resolution monotonicity-preserving scheme

International audienceThis work deals with the flow generated in a shock tube after the shock wave has reflected at the end wall. For a viscous fluid, a complex unsteady interaction takes place between the incident boundary layer and reflected shock wave. The numerical simulation of this complex flow requires both robust and accurate numerical schemes. In this work, we rely on the one-step high-order scheme recently proposed by Daru and Tenaud [Daru V, Tenaud C. High order one-step monotonicity preserving schemes for unsteady flow calculations. J Comput Phys 2004;193]. With this scheme, converged results are obtained for Reynolds numbers in the range 200-1000. The interaction mechanisms are carefully analyzed as well as the flow dynamics

Multirésolution adaptative en bases d'ondelettes : application à la simulation d'écoulements visqueux compressibles avec discontinuités

Afin d'améliorer les prédictions numériques des interactions entre ondes de choc et couches cisaillées, il est indispensable de s'orienter vers l'utilisation de maillage adaptatif afin de pouvoir prendre en compte les différents niveaux d'échelles et ce de façon dynamique. Cette étude présente la capacité d'un algorithme de multirésolution « complètement » adaptatif avec un codage de la solution volumes finis par valeurs moyennes, à reproduire les interactions fondamentales en mécanique des fluides. Les résultats portent sur des simulations numériques d'écoulements compressibles 2D : advection Euler d'un tourbillon, interaction visqueuse entre une onde de choc faible et un spot de température ou un tourbillon, tube à choc visqueux. Une étude de convergence en fonction du paramètre de raffinement adaptatif montre que la méthode est linéaire et conforme à la théorie. Les résultats sont analysés en terme d'efficacité vis-à-vis de la précision de la solution, du gain en place mémoire et en temps CPU. Ces résultats obtenus se comparent très favorablement à ceux répertoriés dans la littérature, pour tous les écoulements instationnaires traités

High order time integration and mesh adaptation with error control for incompressible Navier-Stokes and scalar transport resolution on dual grids

International audienceRelying on a building block developed by the authors in order to resolve the incompressible Navier-Stokes equation with high order implicit time stepping and dynamic mesh adaptation based on multiresolution analysis with collocated variables, the present contribution investigates the ability to extend such a strategy for scalar transport at relatively large Schmidt numbers using a finer level of refinement compared to the resolution of the hydrody-namic variables, while preserving space adaptation with error control. This building block is a key part of a strategy to construct a low-Mach number code based on a splitting strategy for combustion applications, where several spatial scales are into play. The computational efficiency and accuracy of the proposed strategy is assessed on a well-chosen three-vortex simulation

Comparisons of experimental measurements and large eddy simulations for a helium release in a two vents enclosure.

This work takes place in the context of potential hazards in the use of hydrogen in fuel cells. The present article describes comparisons between PIV measurements performed on a two vented cavity with an helium injection and Large Eddy Simulation of the same configuration. A two vented cavity is chosen because a quasi state is reached rapidly and it facilitates both CFD calculations by reducing the CPU costs and also enables statistical treatment of the data, the temporal averaging being possible at steady state. At the same time, this configuration is close to fuel cell designs, except for the set-up reduced size. We also describe the experimental set-up and the care which has to be taken to produce Particle Image Velocimetry velocity fields. The final goal of the paper is to validate a L.E.S approach as a good replacement to experiments, since access to both velocity and con- centration fields is required to improve existing simplified models. Indeed, most of the 2 vents models rely on simplified assumptions such as a constant entrainment coefficient, a bi-layer formation which is not always the case in real situations

3d conservative coupling method between a compressible fluid flow and a deformable structure

In this work, we present a conservative method for three-dimensional inviscid fluid-structure interaction problems. On the fluid side, we consider an inviscid Euler fluid in conservative form. The Finite Volume method uses the OSMP high-order flux with a Strang operator directional splitting [1]. On the solid side, we consider an elastic deformable solid. In order to examine the issue of energy conservation, the behavior law is here assumed to be linear elasticity. In order to ultimately deal with rupture, we use a Discrete Element method for the discretization of the solid [2]. An immersed boundary technique is employed through the modification of the Finite Volume fluxes in the vicinity of the solid. Since both fluid and solid methods are explicit, the coupling scheme is designed to be globally explicit too. The computational cost of the fluid and solid methods lies mainly in the evaluation of fluxes on the fluid side and of forces and torques on the solid side. The coupling algorithm evaluates these only once every time step, ensuring the computational efficiency of the coupling. Our approach is an extension to the three-dimensional deformable case of the conservative method developed in [3]. We focus herein numerical results assessing the robustness of the method in the case of a undeformable solid with large displacements subjected to a compressible fluid flow

Highly resolved large eddy simulations of a binary mixture flow in a cavity with two vents: Influence of the computational domain.

In this article, numerical results from a highly resolved large eddy simulations (LES) of an air-helium buoyant jet developing in a two vented cavity are presented. The simulated configuration mimics the helium-release experiment carried out at CEA Saclay in the framework of security assessment of indoor used hydrogen-based systems. The height of the enclosure was chosen so that a laminar-turbulent transition occurs approximately at the middle of the upstream direction. An exterior region, of different spatial dimensions, has been modeled in the computational domain in order to move the boundary conditions away from the vent surface and to approach the natural inlet/outlet conditions. A sensi- tivity analysis regarding the size of the exterior region is presented to define the minimum horizontal extension so that the flow inside the cavity is not furthermore influenced by bigger computational domains. We observe mainly that applying an ambient equilibrium- hydrostatic pressure outlet condition directly on the surface of the vent reduces the vol- ume of the air inflow, and thus predicts larger helium mass inside the cavity, in contrary with the cases where an exterior region is considered. A qualification analysis shows that the sub-grid scale model plays a small role in the calculations and thus implies that the LES predictions approach the direct numerical simulation (DNS) solution. Analysis carried out on the time-averaged helium field depicts a concentration regime that is not classical in such configurations and thus the theoretical model used in safety pre-calculations can not be served

Simulation numérique du décollement et recollement turbulent autour d'une plaque plane épaisse

Nous présentons la simulation numérique de l'écoulement turbulent autour d'une plaque épaisse pour étudier les mécanismes d'interaction entre les structures énergétiques et la génération du champ de pression instationnaire. Les résultats statistiques se comparent très favorablement aux résultats expérimentaux. Les LES retrouvent les fréquences caractéristiques (de « shedding » et « flapping » et des modes de Kelvin-Helmholtz) qui ont été mesurées expérimentalement. C'est à notre connaissance la première fois que l'ensemble de ces fréquences est prédit numériquement

Identification de systèmes dynamiques dans un canal plan turbulent à l'aide de réseaux de neurones

L'objectif de ce travail est de mettre en place un générateur de conditions aux limites amont pour les simulations d'écoulements turbulents compressibles. Une étude précédente, basée sur une reconstruction des grandeurs fluctuantes résultant d'une décomposition aux valeurs propres (POD), a permis d'extraire les structures dominantes de l'écoulement afin de minimiser la longueur caractéristique d'établissement de la turbulence. Ayant recueilli sur des temps assez longs les coefficients temporels associés aux modes POD, l'utilisation de systèmes dynamiques d'ordre bas est envisagée pour prédire la dynamique de l'écoulement à long terme. L'identification du système est effectuée grâce à un réseau de neurones. L'influence de la complexité de l'architecture neuronal sur la capacité du réseau à apprendre et à estimer a été étudiée

Un algorithme de couplage conservatif pour l'interaction fluide-structure dans le cas compressible

On présente une méthode de couplage entre un solide rigide et un écoulement compressible, pouvant comporter des ondes de choc. On considère une approche de type « frontières immergées » qui permet de traiter le fluide en maillage cartésien quelque soit la géométrie du solide. Le solide est traité en utilisant une méthode d'Eléments Discrets capable de modéliser également des solides déformables, voire la rupture. On démontre plusieurs résultats nouveaux de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie du système solide-fluide

Génération de conditions aux limites amont pour les simulations de type LES des écoulements de paroi

L'objectif de ce travail est la génération de conditions aux limites amont pour les simulations d'écoulements turbulents compressibles instationnaires. La méthode repose sur une reconstruction des grandeurs fluctuantes résultant d'une décomposition aux valeurs propres (POD) d'un écoulement de référence. Les structures cohérentes ainsi générees en entrée du domaine permettent de minimiser la longueur caractéristique d'établissement de la turbulence. Dans cette étude, l'écoulement considéré est un canal plan turbulent bi-périodique. Cette configuration nous autorise à travailler dans l'espace spectral et permet ainsi de réduire le volume de données liées à la construction des générateurs. Nous présentons une étude de sensibilité entre plusieurs variantes de générateurs reposant sur la POD ainsi que la sensibilité de l'un d'entre eux à la variabilité des conditions d'écoulement (nombre de Mach). Les résultats sont en très bon accord avec l'écoulement de référence