Urban flows simulation during an extrem raining event

Simulations des écoulements en milieu urbain lors d'un évènement pluvieux extrême

Quentin Araud (1)

1 IMFS - Institut de Mécanique des Fluides et des Solides

This study deals with urban floods. Nowadays, numerical tools are used to simulate those complex flows. Nevertheless, the lack of experimental make the validation of the softwares difficult. This work presents experimental results of an urban flood physical model. The water height and the outflows at every outlet are measured and compared to numerical results. This study highlights some observed specificities of urban flows. In order to simulate those flows, a numerical tool (Neptune 2D) was developed during this PhD to solve the 2D shallow water equations with an EVR-DG scheme. Modifications of the Riemann solvers lead to a wellbalanced scheme. Numerical results were also provided with a 3D software (Ansys-Fluent®). Differences between Ansys-Fluent® and experimental results are mainly under 10%. Neptune2D is less accurate, with differences reaching 20 to 30%. Some hypotheses are discussed to explain those discrepencies.

Les écoulements en milieu urbain sont complexes et à l’heure actuelle estimés à l’aide d’outils informatiques. Pourtant, le manque de données expérimentales sur des géométries urbaines rend la validation et l’encadrement de l’utilisation de ces derniers difficile. Cette thèse présente les résultats obtenus sur un modèle physique d’un quartier urbain. La distribution des hauteurs d’eau ainsi que la répartition des débits en sortie du quartier expérimental sont mesurées. Leur étude a mis en évidence certains comportements caractéristiques des écoulements. Les données expérimentales ont été comparées aux simulations numériques générées avec un code 3D (Ansys-Fluent®) et un outil de recherche (Neptune 2D) mis au point durant cette thèse. Ce dernier résout les équations de Barré de Saint Venant 2D à l’aide d’un schéma EVR-DG, associé à une modification des solveurs de Riemann qui rend le code de calcul well-balanced.Les écarts observés entre Ansys-Fluent® et l’expérimental sont majoritairement en-dessous de 10%. Le code Neptune 2D apparait quant à lui légèrement moins précis : les écarts peuvent atteindre 20 à 30%. Diverses hypothèses sont avancées pour expliquer ces écarts.

Mots clés: EVR-DG; Dhallow water equations; Free surface flows in urban area; Physical model; Ansys-Fluent®; Numerical validation

Mots clés: Barré de Saint Venant; Modèle physique; Écoulements en milieu urbain; Validation numérique

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Quentin Araud. Simulations des écoulements en milieu urbain lors d'un évènement pluvieux extrême. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Strasbourg, 2012. Français. ⟨NNT : 2012STRAD040⟩. ⟨tel-00814408⟩