Soutenance de thèse de Alexandre CHIAPOLINO

Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Energétique »
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Écoulements diphasiques,méthodes numériques,systèmes hyperboliques,
Keywords
Two-phase flows,numerical methods,hyperbolic systems,
Titre de thèse
Quelques contributions à la modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques compressibles
Some contributions to the theoretical modeling and numerical simulation of compressible two-phase flows
Date
Mardi 18 Décembre 2018 à 14:00
Adresse
Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique LMA - UMR 7031 AMU - CNRS - Centrale Marseille 4 impasse Nikola Tesla CS 40006 13453 Marseille Cedex 13, France
Amphithéatre François Canac
Jury
Directeur de these M. Richard SAUREL LMA / Aix Marseille Université
Rapporteur M. Rémi ABGRALL Universität Zürich - Switzerland
Examinateur M. Patrick BONTOUX M2P2 / CNRS
Examinateur Mme Bénédicte CUENOT CERFACS
Rapporteur M. Sébastien DUCRUIX EM2C CNRS, CentraleSupélec
Examinateur M. Thomas SCHMITT EM2C CNRS, CentraleSupélec

Résumé de la thèse

Ce manuscrit porte sur la modélisation et la simulation numérique d’écoulements diphasiques compressibles. Dans ce contexte, les méthodes d’interfaces diffuses sont aujourd’hui bien acceptées. Cependant, un progrès est encore attendu en ce qui concerne la précision de la capture numérique de ces interfaces. Une nouvelle méthode est développée et permet de réduire significativement cette zone de capture. Cette méthode se place dans le contexte des méthodes numériques de type “MUSCL”, très employées dans les codes de production, et sur maillages non-structurés. Ces interfaces pouvant être le lieu où une transition de phase s’opère, celle-ci est considérée au travers d’un processus de relaxation des énergies libres de Gibbs. Un nouveau solveur de relaxation à thermodynamique rapide est développé et s’avère précis, rapide et robuste y compris lors du passage vers les limites monophasiques. En outre, par rapport aux applications industrielles envisagées, une extension de la thermodynamique des phases et du mélange est nécessaire. Une nouvelle équation d’état est développée en conséquence. La formulation est convexe et est basée sur l’équation d’état “Noble-Abel-Stiffened-Gas”. Enfin, sur un autre plan la dispersion de fluides non-miscibles sous l’effet de la gravité est également abordée. Cette problématique fait apparaı̂tre de larges échelles de temps et d’espace et motive le dévelopement d’un nouveau modèle multi-fluide de type “shallow water bi-couche”. Sa résolution numérique est également traitée.

Thesis resume

This manuscript addresses the theoretical modeling and numerical simulation of compressible two-phase flows. In this context, diffuse interface methods are now well-accepted but progress is still needed at the level of numerical accuracy regarding their capture. A new method is developed in this research work, that allows significant sharpening. This method can be placed in the framework of MUSCL-type schemes, widely used in production codes and on unstructured grids. Phase transition is addressed as well through a relaxation process relying on Gibbs free energies. A new instantaneous relaxation solver is developed and happens to be accurate, fast and robust. Moreover, in view of the intended industrial applications, an extension of the thermodynamics of the phases and of the mixture is necessary. A new equation of state is consequently developed. The formulation is convex and based on the “Noble-Abel-Stiffened-Gas” equation of state. In another context, the dispersion of non-miscible fluids under gravity effects is considered as well. This problematic involves large time and space scales and has motivated the development of a new multi-fluid model for “two-layer shallow water” flows. Its numerical resolution is treated as well.