Simulations numériques 3D d'écoulements de convection naturelle à haut nombre de

Nous présentons une étude numérique 3D d'écoulements de convection naturelle instationnaires en cavité fermée parallélépipédique dans laquelle est placé un barreau chauffant cylindrique de section carrée, aligné suivant l'axe longitudinal. Le fluide considéré est de l'air. Deux configurations géométriques sont traitées, l'une où la position du barreau est centrée, l'autre décentrée. Le nombre de Rayleigh associé au flux de chaleur et à la hauteur du barreau est Ra= 6,04.108. Afin de minimiser les coûts en temps de calcul, le domaine de simulation peut être restreint à la zone médiane de la cavité. La configuration d'étude est alors définie comme un domaine périodique de longueur caractéristique Ly. Nous montrons l'influence de Ly sur les caractéristiques dynamiques intrinsèques de l'écoulement. Par ailleurs, Nous discutons de la pertinence des résultats obtenus dans le cadre de conditions de simulation spécifiques (non prise en compte du rayonnement, adiabaticité des parois, flux de chaleur fixé), par comparaison avec des mesures expérimentales

Proper Orthogonal Decomposition Analysis and Modelling of the wake deviation behind a squareback Ahmed body

We investigate numerically the 3-D flow around a squareback Ahmed body at Reynolds number Re = 104. Proper Orthogonal Decomposition (POD) is applied to a symmetry-augmented database in order to describe and model the flow dynamics. Comparison with experiments at a higher Reynolds number in a plane section of the near-wake at mid-height shows that the simulation captures several features of the experimental flow, in particular the antisymmetric quasi-steady deviation mode. 3-D POD analysis allows us to classify the different physical processes in terms of mode contribution to the kinetic energy over the entire domain. It is found that the dominant fluctuating mode on the entire domain corresponds to the 3-D quasi-steady wake deviation, and that its amplitude is well estimated from 2-D near-wake data. The next most energetic flow fluctuations consist of vortex shedding and bubble pumping mechanisms. It is found that the amplitude of the deviation is negatively correlated with the intensity of the vortex shedding in the spanwise direction and the suction drag coefficient. Finally, we find that despite the slow convergence of the decomposition, a POD-based low-dimensional model reproduces the dynamics of the wake deviation observed experimentally, as well as the main characteristics of the global modes identified in the simulation

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

Méthode de frontière immérgée pour la simulation d'écoulements visqueux compressibles.

La difficulté de prendre en compte des corps mobiles de géométries complexes en maillage cartésien a favorisé le développement de méthodes de frontières immergées (MFI). Les applications MFI multidimensionnelles ont principalement été menées en incompressible. Nous présentons ici une technique de conditions immergées pour des écoulements compressibles. La validation de la méthode est effectuée en écoulements 3D compressibles autour de géométries « complexes »

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

Coherent structures in the boundary layer of a flat thick plate

International audienceWe use POD and EPOD (extended POD) analysis to extract the main features of the flow over a thick flat plate simulated with a LES. Our goal is to better understand the coupling between the velocity field and the surface pressure field. We find that POD modes based on the full velocity and energy fields contain both flapping and shedding frequencies. Pressure modes are found to be uniform in the spanwise direction and the most intense variations take place at the mean reattachment point. Velocity modes educed from the pressure modes with EPOD are seen to correspond to eddies shed by the recirculation bubble. Résumé : Onconsi ere l ecoulementau-dessusd'uneplaqueplanéepaisse.Nousutilisonslasimulationauxgrandeechellesetl'analysePOD/EPODpourcomprendrelecouplageentrelechampdevitesseetlechampdepres-sioalaparoi.LesmodesPODextraitsdelavitessecontiennentdesfréquencescorrespondantauxphénoenesdeflappingetdeshedding.Lesmodesdepressionsontuniformesdansladirectiontransverseetlesvariationslesplusintensessontobservéesaupointderéattachement.Lesmodesdevitesseconstruitapartirdesmodesdepressionavecl'approcheEPODcorrespondenadestourbillonsassociéalabullederecirculation

Low-order modelling of the wake dynamics of an Ahmed body

International audienceWe investigate the large-scale signature of the random switches between two mirrored turbulent wake states of flat-backed bodies. A direct numerical simulation of the flow around an Ahmed body at a Reynolds number of 10000 is considered. Using Proper Orthogonal Decomposition, we identify the most energetic modes of the velocity field and build a low-dimensional model based on the first six fluctuating velocity modes capturing the characteristics of the flow dynamics during and in-between switches. In the absence of noise, the model produces random switches with characteristic time scales in agreement with the simulation and experiments. This chaotic model suggests that random switches are triggered by the increase of the vortex shedding activity. However, the addition of noise results in a better agreement in the temporal spectra of the coefficients between the model and the simulation

On the relationship between the base pressure and the velocity in the near-wake of an Ahmed body

We investigate the near-wake flow of an Ahmed body which is characterized by switches between two asymmetric states that are mirrors of each other in the spanwise direction. The work focuses on the relationship between the base pressure distribution and the near-wake velocity field. Using direct numerical simulation obtained at a Reynolds number of 10000 based on incoming velocity and body height as well as Bonnavion and Cadot's experiment (Bonnavion et al. 2018), we perform Proper Orthogonal Decomposition (POD) of the base pressure field. The signature of the switches is given by the amplitude of the most energetic, antisymmetric POD mode. However switches are also characterized by a global base suction decrease, as well as deformations in both vertical and lateral directions, which all correspond to large-scale symmetric modes. Most of the base suction reduction is due to the two most energetic symmetric modes. Using the linear stochastic estimation technique of Podvin et al. 2018, we show that the large scales of the near-wake velocity field can be recovered to some extent from the base pressure modes. Conversely, it is found that the dominant pressure modes and the base suction fluctuation can be well estimated from the POD velocity modes of the near-wake