Simulations des grandes échelles et modélisations hybrides RANSE/LES pour le calcul d'écoulements turbulents de grande complexité

Abstract

Au cours de ce travail de thèse, on s intéresse aux simulations des grandes échelles et aux modèlisations hybrides RANSE/LES. Les capacités du solveur ISIS-CFD initialement conçu pour la résolution des équations Navier-Stokes en moyenne de Reynolds, ont été étendues à ces différentes méthodes en intégrant différents modèles de turbulence de façon à envisager un code de calcul complet capable de traiter une large gamme de problèmes complexes de nature académique ou industrielle. Les modèles et les méthodes numériques choisis et implémentés ont été justifiés et validés sur plusieurs cas test académiques et ont fait l objet de comparaisons concluantes avec d autres codes de calcul dans les contextes LES et hybrides. Les méthodes hybrides étudiées ont montré une bonne capacité à retrouver les solutions escomptées tout en permettant une grande économie en résolution de maillage. Un critère basé sur l évaluation du résidu du budget de quantité de mouvement de l écoulement moyen a également été proposé comme indicateur des erreurs numériques commises dans les simulations LES et hybrides. Finalement, des simulations d écoulements turbulents complexes utilisant des modélisations hybrides ont été entreprises. L utilisation des modélisations hybrides pour le calcul de l écoulement autour d un modèle simplifié de voiture en dérapage (corps de Willy) permet de reproduire, avec fidélité et à moindre coût, les observations expérimentales d un écoulement turbulent de grande complexité.This PhD thesis deals with the Large Eddy Simulation and the hybrid RANSE/LES modelization. The abilityof ISIS-CFD flow solver, originally designed for solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, was extended to these different methods by integrating different turbulence models in order to provide a computing code able to deal with a wide range of academic and industrial complex problems. The models and numerical methods chosen and implemented were justified and validated over several academic test cases and comparisons of LES and hybrid simulations using different flow solvers have been successful. Hybrid methods studied showed a good ability to find expected solutions allowing a large saving in mesh resolution. A criterion based on the assessment of the residual of the momentum budget of the averaged flow is also proposed as an indicator of the numerical errors committed in LES and hybrid simulations. Finally, the simulation of complex turbulent flows using hybrid models have been undertaken. The use of RANS/LES models for the computation of the flow around a skidding simplified car model can reproduce faithfully and cheaply, the experimental observations of a turbulent flow of great complexity.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocSudocFranceF