On the performance of a high-order multiscale DG approach to LES at increasing Reynolds number

The variational multiscale (VMS) approach based on a high-order discontinuous Galerkin (DG) method is used to perform LES of the sub-critical flow past a circular cylinder at Reynolds 3 900, 20 000 and 140 000. The effect of the numerical flux function on the quality of the LES solutions is also studied in the context of very coarse discretizations of the TGV configuration at Re = 20 000. The potential of using p-adaption in combination with DG-VMS is illustrated for the cylinder flow at Re = 140 000 by considering a non-uniform distribution of the polynomial degree based on a recently developed error estimation strategy. The results from these tests demonstrate the robustness of the DG-VMS approach with increasing Reynolds number on a highly curved geometrical configuration

Modélisation statistique des écoulements turbulents en convection forcée, mixte et naturelle

L'objectif général de la thèse est d'améliorer la modélisation numérique RANS des flux thermiques turbulents notamment en proposant un modèle fonctionnant dans les trois régimes de convection thermique (forcée, mixte et naturelle).Pour ce faire, un état des lieux, non exhaustif, des modèles des flux thermiques utilisant les approches algébriques et à équations de transport, est effectué. Puis, le modèle EB-RSM (Elliptic Blending-Reynolds Stress Model) étant utilisé pour modéliser la turbulence, le principe de la pondération elliptique est appliqué aux modèles des flux thermiques turbulents algébriques EB-GGDH (EB-General Gradient Diffusion Hypothesis), EB-AFM (EB-Algebraic Flux Model) et à équations de transport EB-DFM (EB-Differential Flux Model). Une attention particulière a été apportée aux échelles de temps et de longueur utilisées pour ces modèles. Il en résulte qu'utiliser une échelle de longueur thermique différente de l'échelle de longueur dynamique et une échelle de temps mixte dans le terme de flottabilité de l'équation de la dissipation turbulente est préférable.Pour valider les formulations retenues, nous avons effectué des tests pour des fluides usuels (nombre de Prandtl de l ordre de 1) dans les trois régimes de convection à l'aide de l'outil de calcul Code_Saturne sur des configurations académiques, semi-académiques et industrielles.Des résultats satisfaisants ont été obtenus en associant l'EB-RSM et le GGDH en convection forcée ou mixte et l'EB-RSM aux modèles EB-DFM et AFM en convection naturelle.The PhD main objective is to improve the turbulent heat flux RANS modelling especially by proposing a model working in the three thermal convection regime (forced, mixed and natural).In order to achieve this, a non-exhaustive state of art of heat flux model, using algebraic approach and transport equations, is done. Then, as EB-RSM model (Elliptic Blending-Reynolds Stress Model) is used to model turbulence, elliptic blending approach is apply to algebraic turbulent heat flux model EB-GGDH (EB-General Gradient Diffusion Hypothesis), EB-AFM (EB-Algebraic Flux Model) and transport equation model EB-DFM (EB-Differential Flux Model). Special attention was paid to time and length scales used with these models. It follows that using a thermal length scale different from dynamic length scale and a mixed time scale in the buoyant term of turbulent dissipation equation is better.To validate these models, some test were done for common fluids (Prandtl number in the order of 1) in the three convection regimes with the tool Code_Saturne on academic, mid-academic and industrial cases.Good results were obtained combining EB-RSM with GGDH in forced or mixed convection and EB-RSM with EB-DFM or AFM in natural convection.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF

Design and overview of the Origins of Alzheimer’s Disease Across the Life course (ORACLE) study

Brain development and deterioration across the lifespan are integral to the etiology of late-life neurodegenerative disease. Factors that influence the health of the adult brain remain to be elucidated and include risk factors, protective factors, and factors related to cognitive and brain reserve. To address this knowledge gap we designed a life-course study on brain health, which received funding through the EU ERC Programme under the name Origins of Alzheimer’s Disease Across the Life course (ORACLE) Study. The ORACLE Study is embedded within Generation R, a prospective population-based cohort study of children and their parents, and links this with the Rotterdam Study, a population-based study in middle-aged and elderly persons. The studies are based in Rotterdam, the Netherlands. Generation R focuses on child health from fetal life until adolescence with repeated in-person examinations, but has also included data collection on the children’s parents. The ORACLE Study aims to extend the parental data collection in nearly 2000 parents with extensive measures on brain health, including neuroimaging, cognitive testing and motor testing. Additionally, questionnaires on migraine, depressive symptoms, sleep, and neurological family history were completed. These data allow for the investigation of longitudinal influences on adult brain health as well as intergenerational designs involving children and parents. As a secondary focus, the sampling is enriched by mothers (n = 356) that suffered from hypertensive disorders during pregnancy in order to study brain health in this high-risk population. This article provides an overview of the rationale and the design of the ORACLE Study

Développement d'un code de calcul combinant des schémas de haute précision avec une méthode de frontières immergées pour la simulation des mouvements tourbillonnaires en aval d'un bord de fuite

La réalisation de simulations des mouvements tourbillonnaires en aval d'un bord de fuite reste une tâche difficile en mécanique des fluides. Des développements numériques ont été réalisés à partir d'un code de calcul résolvant les équations de Navier-Stokes incompressibles à l'aide de schémas aux différences finies de haute précision. L'originalité de l'approche numérique réside dans l'utilisation d'une méthode spectrale pour la résolution de l'équation de Poisson qui combinée à une méthode de frontières immergées permet de simuler des écoulements en présence de parois. Un effort particulier a été fait pour l'amélioration de la résolution de l'équation de Poisson afin d'utiliser un maillage inhomogène et une grille décalée pour le champ de pression. Deux écoulements de couche de mélange avec la prise en compte des parois ont été simulés avec un bord de fuite épais puis mince dans le but de déterminer l'influence de la géométrie de la plaque séparatrice sur la dynamique de l'écoulement.To carry out simulations of the vortex dynamics behind a trailing edge remains a difficult task in fluid mechanics. Numerical development has been performed with a computer code which solves the incompressible Navier-Stokes equations with high order compact finite difference schemes on a Cartesian grid. The specificity of this code is that the Poisson equation is solved in the spectral space with the modified spectral formalism. This code can be combined with an immersed boundary method in order to simulate flows with complex geometry. A particular work was made to improve the resolution of the Poisson equation in order to use a stretched mesh and a staggered grid for the pressure. Two mixing layers flows with a blunt and a bevelled trailing edge were performed in order to determinate the influence of the separating plate's shape on the vortex dynamics.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Modélisation hybride RANS/LES temporelle des écoulements turbulents

In industrial situation, the computation of unsteady and three-dimensional characteristics of complex flows, is often necessary. Large-eddy simulation demands prohibitive computational costs, peculiarly near walls. One of the objectives of hybrid methods, is to optimize the computational cost, by simulating certain areas of flows in RANS mode, and in LES mode elsewhere. The latter centres generally around spatial filtering of the studied variables, while RANS corresponds to a temporal average, in most flows. The PITM approach (Partially Integrated Transport Model), developed in homogeneous turbulence, is a theoretically justified hybrid method. Its transposition to the temporal context was done previously, showing that, under certain hypotheses, both spatial and temporal versions are formally identical. The PITM method has however difficulties in controlling the resolution level. This thesis suggests a dynamic approach to fix that point. Secondly, the temporal version of PITM, the T-PITM, is compared to DES (Detached Eddy Simulation), a popular but empirical hybrid method. It is shown that both methods produce similar results, providing DES an indirect theoretical justification. The underlying RANS model is the elliptic blending Reynolds-stress model (EB-RSM), accounting for wall effects, using neither damping functions nor wall laws.En situation industrielle, le calcul des caractéristiques instationnaires et tridimensionnelles d'écoulements complexes, est souvent nécessaire. La simulation des grandes échelles requiert un coût de calcul prohibitif surtout près de parois. L'un des objectifs des méthodes hybrides est d'optimiser le coût de calcul, en simulant certaines zones d'un écoulement en mode RANS et d'autres en mode LES. Cette dernière s'articule en général autour du filtrage spatial, alors que dans la plupart des écoulements, l'opérateur RANS correspond à une moyenne temporelle. L'approche PITM (Partially Integrated Transport Model ), conçue en turbulence homogène, est une méthode hybride justifiée théoriquement. Sa transposition au contexte temporel (turbulence stationnaire) a déjà été explorée précédemment, montrant que, sous certaines hypothèses, les versions spatiale et temporelle sont formellement identiques. La méthode PITM présente toutefois une certaine difficulté à piloter le niveau de résolution. La présente thèse propose une approche dynamique pour corriger ce point. Dans un second temps, la version temporelle du PITM, le T-PITM, est comparée à a DES (Detached Eddy Simulation), une méthode hybride populaire, mais empirique. Il est montre que les deux méthodes produisent des résultats similaires, conférant une justification théorique par procuration, à la DES. Le modèle RANS sous-jacent est la pondération elliptique, permettant la prise en compte des effets induits par une paroi, sans utiliser de fonctions d'amortissement ni de lois de paroi.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocPOITIERS-UFR Sc-Phys.Ingénieur (860622201) / SudocSudocFranceF

Phénoménologie des écoulements turbulents. Les différentes échelles de la turbulence, leur interprétation et leurs implications pour les méthodes de simulation numérique

12e école de mécanique des fluides numérique, Roscoff, Franc

Simulation des grandes échelles du processus de décrochage par éclatement de bulbe de décollement laminaire

On se propose d analyser le régime transitoire de décrochage à l aide de la simulation numériqueinstationnaire de type DNS. Cette approche permet de reproduire avec fidélité l écoulementdans la région critique de Bulbe de Décollement Laminaire au bord d attaque, encoreimpossible à modéliser ou mesurer avec précision. Après une étape de validation, la sensibilitédu BDL au niveau de turbulence extérieure est étudiée et comparée favorablement à celleétablie récemment dans la littérature. La phase d établissement du décollement massif depuisle BDL est reproduite en réalisant de petites variations d incidence à travers l angle critiqued apparition du décrochage. Ce raisonnement aux petites perturbations permet de reproduirel éclatement du BDL communément rattaché au décrochage statique. La déstabilisation de larégion de BDL est alors étudiée à l aide d une base de données instationnaires et moyennes quipermet pour la première fois de rendre compte des déformations 3D du BDL. Conservant ceprotocole, et faisant varier la vitesse du profil, on est en mesure d évaluer l influence de cettedernière sur le régime transitoire. Des mouvements de rotation de plus forte amplitude angulaireont permis de mettre en évidence un mécanisme de décrochage sensiblement différent duprécédent. La couche de mélange surplombant le BDL s enroule alors pour donner naissance àun tourbillon énergétique (Leading Edge Vortex), communément associé au décrochage dynamique.Enfin, l analyse du champ de vitesse moyen a permis de valider un critère empiriqued apparition de l éclatement du BDL, qui s est révélé pertinent aussi bien pour les mouvementsde faible amplitude que ceux plus amples.High fidelity numerical simulation is used to study the transitory flow involved during the staIl ofan airfoil at high angle of attack. The nearly DNS resolution in the Laminar Separation Bubbleprovides the required accuracy to reproduce this complex flow that still represents a challenge forboth experimentation and modeling. The numerical procedure is comprehensively validated withparticular attention to the LSB region. The sensitivity of the LSB to an external disturbance ismonitored on the airfoil and is favorably compared with a recent study on flat plate in the literature.The destabilization of the LSB during staIl is reproduced with a small variation of the angle ofattack through the critical angle. The LSB bursting, typical of a static leading edge staIl, is thusreproduced. A comprehensive study of the unsteady events during the transitory flow is performedby means of a high frequency sampling of spanwise and short time averaged data base. Ofparticular interest is the 3D deformation of the flow captured by using a large spanwisecomputational domain (one chord length). The influence of the motion dynamic is then explored.The transitory is significantly affected by a high angular amplitude motion. The shear-Iayer in theLSB undergoes a roll-up which is found to be responsible for the formation of the Leading EdgeVortex, typical of a dynamic staIl configuration. An empirical criterion for the prediction of burstingis then assessed using the statistical data base. Results are found to surprisingly match the incipientof staIl in both static and dynamicaJ conditions.POITIERS-ENS Mécanique Aérot (860622301) / SudocSudocFranceF