Mécanique des fluides numériques – CETS8AF

Programme et contenu

Objectifs pédagogiques

Cet enseignement électif apporte les bases nécessaires au développement et à l’utilisation de codes de mécanique des fluides numérique MFN (on utilise aussi fréquemment le vocable anglais CFD, comme Computational Fluid Dynamics). Cet outil est aujourd’hui indispensable à l’Ingénieur pour comprendre et optimiser des installations industrielles, où les écoulements turbulents couplés à la thermique et aux transferts de matière jouent un rôle essentiel. La MFN couvre un vaste secteur d’activités comprenant en particulier l’énergie, l’aéronautique, le Génie des Procédés, l’Elaboration des Matériaux, l’Environnement. L’enseignement est conçu afin que l’étudiant puisse comprendre les principales caractéristiques des méthodes numériques, utiliser un code commercial, dépouiller et exploiter les résultats. Un accent est mis sur la modélisation de la turbulence. Le code Fluent, qui a été choisi pour l’ensemble des travaux dirigés, est aujourd’hui le plus répandu commercialement à travers le monde. La pratique se fait à travers un premier projet (écoulement autour d’une aile d’avion) pour la prise en main du logiciel, et d’un deuxième projet de simulation qui est développé étape par étape au cours des séances.

Contenu – Programme

1. Codes de CFD, architectures, cahier des charges, les défis
   • Présentation en salle du code Fluent et commandes usuelles
   • TD : Ecoulement autour d’une aile d’avion et Prise en main du logiciel
2. Rappel sur les écoulements transoniques, et les forces de pression et de frottement résultantes
   • TD : Ecoulement autour d’une aile d’avion et Calcul de la courbe caractéristique d’une aile d’avion (Cz=f(Cx))
3. Maillages structurés et non-structurés et Bases de la méthode des volumes finis
   • TD : Maillage 2D d’un injecteur
4. Résolution des équations de Navier-Stokes et Algorithmes SIMPLE – Transferts convecto-diffusifs couplés
   • TD : Ecoulement dans un injecteur en régime laminaire. Mélange de deux espèces chimiques en régime laminaire.
5. Représentation des écoulements turbulents et Du modèle de longueur de mélange à la simulation directe. Notion de fermeture Tenseur de Reynolds Simulation de la turbulence – Modèles RANS (k/epsilon)
   • TD : Ecoulement dans un injecteur- Mélange de deux espèces chimiques en régime turbulent.
6. Simulation de la turbulence. Les fonctions de parois et les traitements avancés. Modèles de combustion.
   • TD : Adaptation du maillage. Mélange turbulent et combustion
7. Modélisation de la combustion, suite. Caractéristique d’une flamme de combustion.
   • TD : Combustion dans un injecteur en géométrie 3D.

Compétences

• Connaître : La construction d'un code de MFN et les bases des méthodes de résolution. Les différentes étapes de modélisation et de simulation.
• Comprendre : Le fonctionnement du code, et des modèles physiques correspondant aux écoulements turbulents monophasiques avec réaction chimique.
• Appliquer : Appliquer à un cas concret à travers un mini-projet.
• Analyser : Les résultats des simulations et les exploiter de manière pertinente.
• Synthétiser : A travers deux rapports écrits pendant le module.
• Évaluer : La qualité des résultats des simulations en les comparant par exemple à des estimations analytiques.