SIMULATIONS 3D NON-STATIONNAIRES DÉDIÉES À L'INVESTIGATION DE PROCESSUS DE SÉDIMENTATION À FORTE DYNAMIQUE

Abstract

The behavior of a rigid spherical particle immersed in aviscous newtonian fluid is reproduced by means of Direct Numerical Simulation. The first step consists inintroducing a 1-Fluid model coupled with a viscosity-based penalty method.Several computational techniques are then associatedfor solving the problems inherent to the strong physicalconstraints. Through the next step, our approach isassessed to by several test-cases based on anexhaustive bibliography of both two andthree-dimensional flows, for Stokes and Oseenregimes. With original experimental and numericalresults obtained through a scientific collaboration, ournumerical experiments are then systematically validated relative to PIV fields for inertial regimes.Finally, our investigation focuses on a critical flowregime with simulations leading to instabilities,indicating the transitions that tend to chaotic wakes and trajectories.Le comportement d'une particule sphérique rigideimmergée dans un fluide newtonien est étudié aumoyen d'une méthode de Simulation Numérique Directe.Dans une première partie, un modèle de type '1-Fluide'assorti d'une technique de pénalisation de la viscositéest décrit, puis différentes méthodologies numériquessont associées pour résoudre les difficultés inhérentesaux fortes contraintes physiques. Par la suite, lapertinence du modèle est prouvée par une sériede validations fondées sur une bibliographie exhaustive des écoulements bi ou tri-dimensionnels,et pour des régimes d'écoulement faiblement inertiels.Avec l'appui de résultats expérimentaux et numériquesoriginaux obtenus à la suite d'une collaboration scientifique, nos expériences numériques sont alorssystématiquement validées sur la base de champs PIVpour des régimes inertiels. Notre investigation sefocalise ensuite sur des écoulements dont ladynamique est plus importante, pour aboutir à la miseen évidence d'instabilités attestant de la transitionvers des écoulements et des trajectoires chaotiques