Spectral discretization of the Navier-Stokes problem coupled with the heat equation

Discrétisation spectrale des équations de Navier-Stokes couplées avec l'équation de la chaleur

Rahma Agroum (1)

1 LJLL - Laboratoire Jacques-Louis Lions

In this thesis we consider the discretization by spectral method and the numerical simulation of a viscous incompressible fluid in the domain ?, the model being the Navier-Stokes equations. We have chosen to couple them with the heat equation where the viscosity of the fluid depends on the temperature, with boundary conditions which involve the velocity and the temperature. The method is proved to be optimal in the sense that the order of convergence is only limited by the regularity of the solution. The numerical analysis of the discrete problem is performed and numerical experiments are presented, they turn out to be in good coherence with the theoretical results. Finally, we consider the unsteady Navier-Stokes/heat equations which models the time-dependent flow. We propose a discretization of this problem that relies on a backward Euler's scheme in time and spectral methods in space and present some numerical experiments which confirm the interest of the discretization.

Nous considérons dans cette thèse la discrétisation par la méthode spectrale et la simulation numérique de l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible occupant le domaine ? modélisé par les équations de Navier-Stokes. Nous avons choisi de les coupler avec l'équation de la chaleur dans le cas ou la viscosité dépend de la température avec des conditions aux limites portant sur la vitesse et la température.La méthode s'avère optimale en ce sens que l'erreur obtenue n'est limitée que par la régularité de la solution. Elle est de type spectrale. Nous donnons des estimations d'erreur a priori optimales et nous confirmons l'étude théorique par des résultats numériques. Nous considérons aussi les équations de Navier-Stokes/chaleur instationnaires dont nous proposons une discrétisation en temps et en espace en utilisant le schéma d'Euler implicite et les méthodes spectrale. Quelques expériences numériques confirment l'intérêt de la discrétisation.

Mots clés: Navier-Stokes equations; Spectral method

Mots clés: Équations de Navier-Stokes; Équations de chaleur; Méthode spectrale; Schéma d'Euler; Discrétisation en temps.; Estimations d'erreur

Domaines: Mathématiques générales [math.GM]

Rahma Agroum. Discrétisation spectrale des équations de Navier-Stokes couplées avec l'équation de la chaleur. Mathématiques générales [math.GM]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. Français. ⟨NNT : 2014PA066195⟩. ⟨tel-01134007⟩