Soutenance de thèse de Adithya RAMANATHAN KRISHNAN

Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Mécanique et Physique des Fluides »
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Turbulence,écoulements stratifiés,modélisation,
Keywords
Turbulence,Stratified flows,Modelling,
Titre de thèse
Modélisation à l'échelle des sous-filtres algébriques explicites pour les méthodes de type DES et extension aux ecoulements à densité variable
Explicit algebraic subfilter scale modeling for DES-like methods and extension to variable density flows
Date
Mercredi 3 Avril 2019 à 14:00
Adresse
Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres UMR CNRS 7340S Aix-Marseille Université Technopole de Château-Gombert 38, rue Frédéric Joliot-Curie 13451 Marseille Cedex 13
l'amphitéatre 3
Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Rémi MANCEAU Laboratoire de mathématiques et de leurs applications - Pau (LMAP)
Rapporteur Mme Anne TANIERE University of Lorraine
Examinateur M. Thomas GOMEZ Université de Lille, LMFL
Examinateur M. Fabien DUVAL Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
Examinateur M. Christophe FRIESS Aix Marseille Université / M2P2

Résumé de la thèse

Suite à l'accident nucléaire de Fukushima Daiichi, de nombreux projets ont été mis en place pour comprendre les phénomènes associés au risque de combustion. Le rôle de l'IRSN est de développer un modèle de turbulence générique dans le logiciel interne P2REMICS afin de mener des études de sûreté concernant les dangers de l'hydrogène. Dans cette thèse, l’objectif est d’améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d’un modèle à l’échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Le travail de validation est réalisé au regard des données DNS disponibles dans la littérature pour le écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et le écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation (E-DES), aboutissant au modèle hybride explicite algébrique (EAHSM). L'étalonnage de la constante de modèle est effectué sur la décroissance de la turbulence isotrope. Après cela, des simulations 3D sont effectuées pour deux résolutions de maillage sur les deux cas mentionnés précédemment. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des ecoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l’EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogènement cisaillé, en stratification stable, et l'écoulement de canal entièrement développé avec une stratification stable pour différents nombres de Richardson de frottement.

Thesis resume

Following the energy accident of the Fukushima Daiichi nuclear reactors, numerous projects have been established to understand the phenomena associated with the combustion hazard. The role of IRSN is to build a generic turbulence model in the in-house P2REMICS CFD software to conduct safety studies concerning hydrogen hazards. In this thesis, the aim is to improve the predictive capabilities of hybrid RANS/LES methods through the development of a subfilter scale model which considers an explicit algebraic relation for the non-isotropic turbulent subfilter stress and turbulent scalar fluxes, contributing to the improvement of the safety analysis concerning hydrogen hazards. Firstly, an Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM) is developed using the direct solution method and calibrated with Menter's BSL model for incompressible flows in a RANS framework. The validation is performed against the DNS data available in the literature for the fully developed Channel flow at a moderate friction Reynolds number of 550 and flow in a square pipe at a friction Reynolds number of 600. Secondly, the EARSM model is extended to seamless hybrid RANS-LES methods specifically in the framework of Equivalent-Detached Eddy Simulation (E-DES), arriving at the Explicit Algebraic Hybrid Stress Model (EAHSM). The calibration of the model constant is performed on the decay of isotropic turbulence. After this, 3D simulations are performed for two mesh resolutions on the two cases mentioned previously. Finally, assuming the Boussinesq approximation to be valid, the developed EARSM and the EAHSM models are extended to slightly variable density flows. Following the direct solution of the implicit algebraic relationships, the explicit algebraic model for both the Reynolds stresses and the scalar fluxes was obtained in a RANS framework which lead to the Explicit Algebraic Scalar Flux Model (EASFM). An effective iterative solution method was used to treat the nonlinearity of the coupled expressions for the algebraic relations. The EASFM is then extended to the framework of seamless hybrid RANS-LES. The behaviour of the models is assessed on the stably stratified homogeneous shear flow and the fully developed channel flow with stable stratification for various friction Richardson numbers.