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Theses

Numerical simulation of boiling on unstructured grids

Résumé : Cette thèse a pour objectif la simulation numérique du phénomène d'ébullition sur maillages non structurés. L'ébullition est le changement de phase des particules fluides de la phase liquide vers la phase vapeur sous l'action des flux thermiques à l'interface séparant les deux phases. Il s'agit donc d'un phénomène rencontré au sein d'écoulements diphasiques et piloté par le taux de transfert de masse à l'interface. Ce taux de transfert de masse est calculé à partir des flux thermiques de part et d'autre de l'interface. Cela implique donc la nécessité d'adopter une méthode de suivi d'interface très précise pour localiser l'interface à tout instant de la simulation. Les équations de Navier-Stokes sont alors couplées à l'équation de la chaleur par l'intermédiaire du taux de transfert de masse à l'interface. De telles simulations ont été menées par Tanguy et al. (J. Comput. Phys., 2014) sur des maillages cartésiens axisymétriques en deux dimensions. Dans cette thèse, nous étendons cette méthodologie à des maillages non structurés en trois dimensions (maillages composés de tétraèdres non réguliers utiles pour décrire des géométries complexes). Pour ce faire, nous avons développé un solveur spécifique dans le code YALES2 (code diphasique basé sur la méthode des volumes finis pour des maillages 3D non structurés). Le suivi de l'interface est assuré par la méthode Level Set. Le changement de phase engendre des discontinuités de vitesse et de pression à l'interface qui dépendent notamment du taux de transfert de masse. Ces discontinuités sont prises en compte par la méthode Ghost Fluid à l'aide de deux champs de vitesse et deux champs de température. Cette méthodologie étant déjà bien établie pour des maillages structurés cartésiens, l'apport de cette thèse réside dans la possibilité de simuler le changement de phase par ébullition sur des maillages non structurés en trois dimensions. Les spécificités des maillages non structurés ont nécessité de nombreux développements pour la réinitialisation de la fonction Level Set après advection, ainsi que l'utilisation d'opérateurs d'ordres élevés pour le calcul du taux de transfert de masse à l'interface. L'ensemble des développements proposés est finalement validé sur maillages non structurés à l'aide du cas-test analytique d'une bulle 3D en expansion dans un liquide surchauffé au repos.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02516861
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Tuesday, March 24, 2020 - 10:18:12 AM
Last modification on : Friday, July 3, 2020 - 4:44:06 PM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, June 25, 2020 - 1:02:53 PM

File

SAHUT_2019_archivage.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02516861, version 1

Collections

STAR | LEGI | UGA | CNRS

Citation

Guillaume Sahut. Numerical simulation of boiling on unstructured grids. Thermics [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAI083⟩. ⟨tel-02516861⟩

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