Thèmes de recherche

Instabilité, Transition, Turbulence et Contrôle

Ivan Delbende, Yohann Duguet, François Lusseyran, Laurent Martin-Witkowski, Stéphanie Pellerin, Christian Tenaud

Les instabilités et la transition à la turbulence sont étudiées ici dans des situations où le moteur est lié au cisaillement, à la rotation ou à l'entraînement par des parois. Des outils numériques originaux et
performants sont développés pour comprendre la dynamique complexe des tourbillons hélicoïdaux, des écoulements en rotation en présence de surface libre ainsi que la physique de la transition sous-critique
vers la turbulence dans les écoulements de paroi. Nous développons également notre propre activité expérimentale sur l'écoulement de fluide en rotation en présence d’une surface libre. Dans le cas des
écoulements turbulents pleinement développés, la modélisation, la représentation des données et la réduction de la complexité restent des points clés pour extraire les caractéristiques des écoulements à hauts
nombres de Reynolds afin de mieux appréhender les phénomènes physiques. Nous continuerons de développer des modèles et de la méthodologie d’analyse pour mieux appréhender la dynamique et la
physique des écoulements.
L’ensemble de ces travaux requiert de continuer à développer des méthodologies numériques avancées afin d’accroître les capacités prédictives des logiciels de simulation. Notre objectif est de concevoir des
méthodes capables d’intégrer les nouvelles générations de calculateur et les capacités de calcul à très haute performance des années futures. Nos avancées qui seront capitalisées dans les logiciels déposés et ouverts
à la communauté nous permettront de mettre l'accent sur les phénomènes multi-physiques pour mieux les prédire et guider les expériences.

Nos efforts porteront plus spécifiquement sur :

  • la dynamique linéaire et non linéaire :
    • vortex hélicoïdaux : instabilités de courte longueur d'onde, prise en compte d'un coeur
      gazeux (tourbillons cavitants), éoliennes urbaines silencieuses ;
    • écoulements tournants à interface libre : mesures temps réel, instabilités polygonales,
      quantification du bruit, contrôle ;
  • la caractérisation de la turbulence : transition, structures cohérentes et modèles réduits.
    • transition vers la turbulence : théorie approfondie et interprétation, complexité
      croissante liée à l’augmentation des paramètres de similitude ;
    • identification des structures cohérentes : séparation d’échelles, brisure de symétrie,
      couplages non-linéaires ;
    • analyse de la turbulence : décompositions modales, modèles réduits et modèles de paroi ;
    • écoulements compressibles : interaction onde de choc/couche limite turbulente et
      modélisation ;
  • les aspects méthodologiques en simulation haute fidélité :
    • écoulements pulsés incompressibles pour des applications en Bio-medical
      Engineering et en Bio-énergie ;
    • hémodynamique : reconstruction de pression à partir d’images IRM ;
    • méthodes multi-résolution (temps/espace) : accélération de flamme en mélange nonuniforme,
      méthodes « faible Mach » pour la combustion ;
    • interaction fluide-structure pour des écoulements complexes : couplage de modèles et
      dynamique rapide.

Modélisation augmentée par les données pour la mécanique numérique (DECIPHer)

Didier Lucor, Lionel Mathelin, Bérengère Podvin, Onofrio Semeraro

Le contrôle des écoulements reste un des moyens pour maîtriser l’efficacité énergétique des systèmes et concevoir des systèmes énergétiques plus performants. Notre activité autour du contrôle des
écoulements est une activité particulièrement forte et visible du laboratoire. Elle est notamment soutenue par le Lidex ICODE (Université Paris-Saclay) relatif à « l’aide à la décision et la maîtrise des processus
dynamiques complexes ». Une partie de ces activités s’est concentrée sur le contrôle des instationnarités. L’autre partie s’intéresse aux techniques de contrôle non-linéaire en boucle fermée basées sur des
méthodes sans modèle ou du contrôle par renforcement.

En parallèle de ces activités, nous développons notre savoir-faire en matière de traitement des données issues des simulations numériques et des expériences en mécanique des fluides et des transferts. Ces développements sont, d’une part, utiles pour accroître notre compréhension des phénomènes physiques (décomposition modale, échantillonnage creux d’opérateur de dimension infinie) et, d’autre part, nécessaires pour le développement de représentations ou de modélisations de plus en plus fiables (inférence, assimilation, représentation creuse), notamment pour l’application au contrôle (Machine
Learning, en particulier). Nous travaillons également sur le développement de techniques de Quantification d’Incertitudes (UQ) qui viennent utilement compléter le paysage des techniques pour analyser la sensibilité
paramétrique, notamment pour traiter les problèmes d’inférence et d’identification de modèles complexes.
Au-delà des développements méthodologiques, la dissémination des techniques UQ devra s’intensifier vers plus d’applications (Bio-medical Engineering, Géosciences, Aérodynamique, …).
Nos efforts porteront plus spécifiquement sur :

  • l’analyse des données pour l’estimation et l’assimilation en mécanique des fluides :
    • apprentissage de dictionnaire, apprentissage de variété ;
    • échantillonnage creux d’opérateur de dimension infinie (Koopman), approximation
      tensorielle par train de fonction ;
    • projection aléatoire pour la réduction de modèles ;
    • assimilation de données et optimisation ;
  • La quantification d’incertitudes (UQ) :
    • développements méthodologiques efficaces ;
    • transfert vers les applications ;
  • le contrôle des écoulements :
    • contrôle par renforcement ;
    • contrôle sans modèle, par apprentissage automatique ;
    • mise en place de démonstrateurs expérimentaux.

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F - 91405 Orsay cedex
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