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Comparaison de modèles de cavitation en géométrie de Venturi

Abstract

La simulation numérique d'écoulements cavitants présente de nombreuses difficultés tant dans la modélisation physique du phénomène que dans le développement de méthodes numériques robustes. En effet, de tels écoulements sont caractérisés par une variation importante du nombre de Mach (due à la chute drastique de la vitesse du son), des effets de compressibilité et des états thermodynamiques hors équilibre. L'objectif de la présente étude est la comparaison de deux modèles de cavitation implantés dans un code moyennée (RANS) compressible 1-fluide homogène développé au LEGI. Le phénomène de cavitation est modélisé soit à l'aide d'une équation d'état barotrope pour le mélange liquide-vapeur soit par une équation de transport pour la fraction volumique de vapeur. Dans ce dernier cas, le transfert de masse entre les phases est fermé grâce à une hypothèse de proportionnalité à la divergence du champ de vitesse. Le retard thermique à la cavitation est ici négligé. Le code de calcul est basé sur une discrétisation de type volumes finis centrés. Les flux convectifs sont évalués avec le schéma centré de Jameson. Un préconditionnement à bas nombre de Mach de type Turkel est utilisé pour le traitement des zones de liquide pur. Les simulations instationnaires sont réalisées avec la méthode du pas de temps dual (ordre 2). Le modèle de turbulence k-l de Smith avec un limiteur de viscosité turbulente de Reboud est choisi. L'écoulement étudié est un écoulement en Venturi à grand nombre de Reynolds avec de l'eau à 20 degrés. La poche de cavitation obtenue présente un comportement transitionnel entre une poche stable et une poche pulsante. La validation est effectuée par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles (pression à la paroi, profils de taux de vide et de vitesse locaux). Les profils de taux de vide et de vitesse obtenus sont très proches des résultats expérimentaux pour les deux modèles. L'effet du limiteur de viscosité turbulente est plus prononcé avec le modèle transport de taux de vide (TTV). De plus, les fluctuations de pression RMS à la paroi sont plus importantes notamment en aval de poche avec le modèle TTV

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