Dynamique des Écoulements Diphasiques

M.-C. Duluc, D. Juric, N. Grenier, A.-H. Ebo Adou, B. Xu, with contributions of V. Daru (AERO), J. Chergui (P2I), P. Le Quéré (ETCM)

 

Code DNS 3D massivement parallèle pour les écoulements multiphasiques : BLUE

BLUE a été développé au LIMSI en étroite collaboration avec S. Shin (Hongik Univ. Seoul, Corée), se référer aux précédents rapports scientifiques. Ce code a tourné avec succès sur 65536 coeurs de la machine IBM BlueGene/Q de l'IDRIS, avec une bonne scalabilité. La structure modulaire du programme permet l'application du code à une grande variété de simulations d'écoulements à deux fluides : instabilités de surface libre, écoulement de bulles ou de gouttes avec coalescence et fragmentation, transport thermique et d'espèces avec changement de phase, impact de gouttes ou écoulement autour d'objets solides immergés pour les écoulements en micro-cannaux. Il a été ainsi possible de simuler des cas de l'instabilité de Faraday avec des motifs pentagonaux non-périodiques pour l'interface. Le problème de Faraday a été étendu au cas sphérique avec des oscillations radiales. BLUE a aussi été utilisé pour la simulation d'oscillations dans l'instabilité de Kelvin-Helmholtz ou d'une goutte en lévitation Leidenfrost, correspondant à diverses expériences conduites au PMMH. BLUE est aussi la base pour des contrats de collaboration avec Air Liquide.

 

Écoulements bi-fluides faiblement compressibles

Les travaux précédents sur les écoulements diphasiques (un liquide avec un gaz faiblement compressible) étaient basés sur le concept de fluides duals avec un schéma numérique approprié pour les faibles nombres de Mach (développé par V. Daru, groupe AERO) et l'interface était décrite avec la méthode Front Tracking. Des difficultés avaient été soulevées sur la conservation de la masse.

Récemment, une autre approche a été testée et celle-ci utilise maintenant une description diffuse de l'interface, basée sur un modèle bi-fluide compressible, qui permet de contourner ces difficultés. Dans cette nouvelle approche, le liquide et le gaz sont présents en tout points de l'espace et sont modélisés comme des milieux compressibles avec une équation d'état plus ou moins raide. Un schéma numérique spécifique a été utilisé pour prévenir la dissipation numérique excessive dans le régime faible Mach, plus particulièrement quand le liquide est modélisé avec une grande vitesse du son. Ces deux approches (un fluide dual ou bi-fluide) ont été comparées sur des cas-test 1D, dynamiques, et non-isothermes développés précédemment par V. Daru et M.C. Duluc. Comme mentionné sur la figure ci-dessous, les résultats sont satisfaisants. L'approche bi-fluide, actuellement en cours d'implémentation dans la plate-forme maison monofluide compressible parallèle CHORUS, sera par la suite étendue pour prendre en compte le changement de phase.

Cas-test d'une lame liquide entourée de deux poches de gaz, chauffée d'un seul côté. Pression thermodynamique dans chaque poche de gaz (P1 et P2)

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