Method Of Use And The Contribution Of LES 3D Modeling To Reproduce Velocity Distribution In Compound Channels

Discharge determination in open channels is of great interest for water engineering, especially in compound channels where the main difficulty is the link between the measured velocity and the mean velocity. To do so, the 3D modeling is used as a tool to get the velocity distribution in compound channels. The purpose of this study is to compare through numerical simulations, the most common turbulence models such as K-epsilon and RSM to LES that is rarely used in this field, in order to show the efficiency of the LES model to reproduce the velocity distribution. The method used is the following: an experimental case (NEZU 1991) was modeled with RSM, k-epsilon, k-w sst and LES using two different software (Ansys Fluent® and OpenFoam®). Finally, for each model, the three parameters of the velocity U, V and W, the turbulence kinetic energy Tke and the Reynolds stress tensors were compared with the experimental case in order to identify the closest model to Nezu’s results. This research has found that for a certain limit (Re104), the RANS models coupled to Ansys Fluent® software can reproduce correctly neither the velocity distribution nor the secondary currents. This case represents a limit for the RANS models. In comparison the LES model allowed to display a good representation of velocity distribution, secondary currents and of the dip phenomenon. By using the recycling method (Castro 2011) to generate a turbulence inlet velocity, LES shows also the advantage of decreasing the number of grid cells the computational domain, which makes the computational time last less longer. Finally, contrary to the RANS model, the LES model gives information at each time step which allows the researcher to get details that are not provided by the RANS model such as the birth of turbulence in the main channel

Euler-Lagrange approach to simulate sediment transport in settlers

L’objectif de cette thèse est le développement et la validation d’un outil numérique permettant d’évaluer la performance d’un ouvrage de décantation. L’approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l’écoulement et du transport solide. De nouvelles conditions d’interaction particule/paroi permettent de restreindre le dépôt aux zones présentant des caractéristiques géométriques et hydrodynamiques favorables. Le modèle numérique est confronté à quatre jeux de données expérimentales. L’ensemble de ces expérimentations permettent d’investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l’écoulement et du transport solide. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l’abattement des particules dans un ouvrage de décantation avec une précision de l’ordre de 5 pourcents lorsque les dépôts ont lieu sur l’ensemble du fond et de 10 pourcents dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles.The objective of this thesis is the development and the validation of a numerical tool to estimate the trapping efficiency of settlers. The Euler-Lagrange approach is chosen to simulate the flow and the sediment transport. New particle/wall interaction conditions are developed to take into account the geometric and hydrodynamic characteristics to enable the deposit. The numerical model is compared to four sets of experimental data. All these experiments enable to study a wide range of parameters that describe the flow and the solid transport. The comparison between the numerical and experimental results shows that the model is able to estimate the trapping efficiency of particles in a settler with an accuracy of about 5 percent when the particles settle all over the bed of the basin and about 10 percent in case of located deposits

Approche Euler-Lagrange pour la modélisation du transport solide dans les ouvrages de décantation

The objective of this thesis is the development and the validation of a numerical tool to estimate the trapping efficiency of settlers. The Euler-Lagrange approach is chosen to simulate the flow and the sediment transport. New particle/wall interaction conditions are developed to take into account the geometric and hydrodynamic characteristics to enable the deposit. The numerical model is compared to four sets of experimental data. All these experiments enable to study a wide range of parameters that describe the flow and the solid transport. The comparison between the numerical and experimental results shows that the model is able to estimate the trapping efficiency of particles in a settler with an accuracy of about 5 percent when the particles settle all over the bed of the basin and about 10 percent in case of located deposits.L’objectif de cette thèse est le développement et la validation d’un outil numérique permettant d’évaluer la performance d’un ouvrage de décantation. L’approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l’écoulement et du transport solide. De nouvelles conditions d’interaction particule/paroi permettent de restreindre le dépôt aux zones présentant des caractéristiques géométriques et hydrodynamiques favorables. Le modèle numérique est confronté à quatre jeux de données expérimentales. L’ensemble de ces expérimentations permettent d’investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l’écoulement et du transport solide. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l’abattement des particules dans un ouvrage de décantation avec une précision de l’ordre de 5 pourcents lorsque les dépôts ont lieu sur l’ensemble du fond et de 10 pourcents dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles

Modélisation numérique 3D de la décantation dans les bassins d'assainissement

L'objectif de cette étude est le développement et la validation d'un outil numérique permettant d'évaluer la performance d'un ouvrage de décantation vis-à-vis de l'abattement des matières en suspension. L'approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l'écoulement et du transport solide. Le modèle numérique développé s'appuie sur la bibliothèque open-source OpenFOAM®, enrichie de nouvelles conditions d'interaction particule/paroi afin de restreindre le dépôt aux zones présentant des conditions hydrodynamiques favorables. En particulier, une nouvelle relation est proposée pour le calcul de l'énergie cinétique turbulente seuil en fonction des propriétés de chaque particule. Le modèle numérique est confronté à trois jeux de données expérimentales issues de la littérature et collectées sur des modèles réduits de bassin. L'ensemble de ces expérimentations permettent d'investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l'écoulement (nombres de Froude et de Reynolds) et du transport solide (diamètre adimensionnel). La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l'abattement avec une erreur absolue de l'ordre de 5% lorsque les dépôts ont lieu sur l'ensemble du fond. Dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles, la répartition des dépôts est bien reproduite par le modèle et l'abattement est évalué avec une erreur absolue de l'ordre de 10% (hors cas de particules très peu denses)

Experimental Investigation and CFD Modelling of Settling Efficiency in a Cylindrical Tank

Evaluating the performance of a settling tank is an important issue for wastewater system managers. The relevance of a CFD approach for determining the settling efficiency of a tank has already been demonstrated from experimental data obtained from scale models of basins. The CFD modelling strategy is based on the resolution of Navier-Stokes equations to calculate the flow (Eulerian approach), and then on a Newton equation to calculate particle trajectories (Lagrangian approach). In this study, experimental data on settling efficiency are collected in a 1 scale cylindrical settling tank constructed in the laboratory. Eighteen experiments were carried out to collect data (settling efficiency) for a range of flow rates (between 5 and 30 l/s) and three materials representative of the sediments encountered in sewage networks. These data were then compared with the results obtained by CFD modelling to assess the relevance of the numerical approach for a full-scale structure

Stage–discharge relationship for a pipe overflow structure in both free and submerged flow

Many facilities for urban drainage systems are equipped with a pipe overflow structure that can often be treated as a circular broad-crested weir. Thus it is possible to evaluate the overflow discharge through this device by measuring the water levels in the upstream tank and at the outlet of the pipe. In the present study, computational fluid dynamics (CFD) is used to determine a relationship between the discharge and the water levels upstream and downstream of the orifice for a range of diameters between 200 and 600 mm and a relative head up to 2. Over 50 numerical simulations are performed to take into account all the operating conditions of the system: free flow, submerged flow and pressurized flow. A regression is applied to the resulting data in order to obtain an orifice equation valid in both free-flow and submerged-flow regimes. Specific formulas, derived from Bernoulli's theorem, are also given for pressurized flows. The proposed methodology is applied to two examples

Projet COACHS - Rapport finalisé

Le projet avait pour principal objectif de contribuer au déploiement de systèmes d'instrumentation intégrée permettant une surveillance en continu et en temps réel des rejets des réseaux d'assainissement au milieu naturel. L'instrumentation intégrée signifiait ici la prise en compte de la chaîne métrologique complète, de la qualification d'un site de mesure et du choix d'une méthode au calcul d'incertitudes et à la valorisation des données, du choix des capteurs à leur implantation. La mise en synergie de recherches en mécanique des fluides numérique et de travaux expérimentaux a permis de : proposer des méthodes de mesure du débit dans un écoulement canalisé et de détermination du débit déversé au niveau des postes de refoulement ; développer une méthodologie d'évaluation des débits conserÎs et déversés au niveau des déversoirs d'orage ; montrer sur des exemples comment, pour un site donné, des recommandations peuvent être formulées pour la mise en place d'une instrumentation intégrée au niveau des déversoirs d'orage ; préciser l'influence d'une singularité (coude ou confluence) sur l'écoulement en aval et ses répercussions sur le positionnement d'un débitmètre à l'aval d'une telle singularité