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Trontin, Pierre (2009)
Languages: French
Types: Article
Subjects: CFD, Incompressible, Diphasique, Ecoulements avec interface, DNS, Interaction interface/turbulence, Filtrage LES, Analyse a priori, 532, Multiphase, Interfacial flows, Interface/turbulence interaction, LES filtering, A priori analysis
Alors que la simulation aux grandes échelles (L.E.S.) des écoulements monophasiques est largement répandue même dans le monde industriel, ce n'est pas le cas pour la L.E.S. d'écoulements diphasiques avec interface (c'est-à-dire d'écoulements où les deux phases liquide et gazeuse sont séparées par une interface). La difficulté majeure réside dans le développement de modèles de sous-maille adaptés au caractère diphasique de l'écoulement. Le but de ce travail est de générer une base D.N.S. dans le cadre d'écoulements diphasiques turbulents avec interface pour comprendre les interactions entre les petites échelles turbulentes et l'interface. Les différents termes sous-maille proviendront d'une analyse a priori de cette base D.N.S. Pour mener à bien ce travail, différentes techniques numériques sont testées et comparées dans le cadre de configurations turbulentes où de grandes déformations interfaciales apparaissent. Puis, l'interaction interface/turbulence est étudiée dans le cadre où les deux phases, séparées par une interface largement déformée, sont résolues par une approche D.N.S. La configuration retenue est l'interaction entre une nappe initialement plane et une T.H.I. libre. Les rapports de densités et de viscosltés sont fixés à 1 pour se concentrer sur l'effet du coefficient de tension de surface. Une étude paramétrique sur le nombre de Weber est menée. Finalement, un filtrage a priori de la base D.N.S. est réalisé et les termes sous-maille qui en découlent sont comparés les uns aux autres. Whereas Large Eddy Simulation (L.E.S.) of single-phase flows is already widely used in the CFD world, even for industrial applications, L.E.S. of two-phase interfacial flows, i.e. two-phase flows where an interface separates liquid and gas phases, still remains a challenging task. The main issue is the development of subgrid scale models well suited for two-phase interfacial flows. The aim of this work is to generate a detailed D.N.S. database of incompressible two-phase interfacial flows in order to clearly understand interactions between small turbulent scales and the interface separating the two phases. The different subgrid scale terms derive from an a priori analysis of this D.N.S. database. To do this, different numerical techniques are firstly compared to find which methods are well adapted to deal with turbulent configurations where large interfacial deformations occur. Then, the interface/turbulence interaction is studied in the configuration where the interface is widely deformed and where both phases are resolved by D.N.S. The interaction between an initially plane interface and a freely decaying homogeneous isotropic turbulence (H.I.T.) is studied. The densities and viscosities are the same for both phases in order to focus on the effect of the surface tension coefficient. A parametric study based on the Weber number (We) is performed. Finally, an a priori study is carried out where the different subgrid scale terms derive from the filtering of the D.N.S. database.

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