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ENOù et quand
10/09/2020 16:00 - Réunion TEAMS
Description
Réalisabilité des fermetures du second ordre pour les modèles de turbulence et méthodes numériques pour les écoulements atmosphériques
Contexte :
Ce stage a été réalisé au Centre d’Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique (CEREA), un laboratoire commun à l’Ecole des Ponts ParisTech et EDF R&D. Une partie de ses activités de recherche est orientée sur l’étude des basses couches de l’atmosphère, de sa chimie et de la pollution de l’air. Elles se concentrent à la fois sur de la recherche académique et des études d’impacts avec le logiciel Code_Saturne notamment.
Objectifs :
Ce stage a pour but d’améliorer la fiabilité et la robustesse des modèles de turbulence avec fermeture du second ordre dans Code_Saturne. L’objectif étant l’étude, l’implémentation, la vérification et la validation de méthodes numériques vérifiant certaines propriétés mathématiques, appelées contraintes de réalisabilité. Des cas de simulation de couches de surfaces atmosphériques ont été développés pour validation des méthodes.
Résumé :
La simulation numérique d’écoulements en milieu atmosphériques nécessite une bonne représentation de la turbulence et notamment de son tenseur d’anisotropie. Cependant, les ressources pour effectuer les calculs étant limitées, la modélisation de la turbulence avec fermeture du second ordre s’avère être un bon compromis. Les modèles continus et schémas discrets doivent toutefois vérifier certaines propriétés mathématiques afin d’assurer leur robustesse. Dans un premier temps une phase
de bibliographie sur les écoulements atmosphériques, la modélisation de la turbulence et la notion de réalisibilité à été effectuée. Afin d’identifier les pertes de réalisibilité locale dans les simulations et les corriger, des limiteurs ont été implémentés dans
Code_Saturne. Ensuite de nouveaux schémas en temps pour les termes sources des équations portant sur les tensions de Reynolds et les flux turbulents ont été proposés et implémentés. En parallèle de ces méthodes un certain nombre de cas de vérification et de validation ont été mis en œuvre. En premier lieu, la bonne implémentation des méthodes numériques a été vérifiée avec un cas d’écoulement simplement cisaillé, dont il existe des solutions analytiques. Ensuite des simulations dans un canal turbulent nous ont permis de valider les méthodes à partir de données DNS du laboratoire Kawamura. Puis, une première simulation mono-dimensionnel et stationnaire, visant à simuler une couches de surface atmosphérique a été effectuée et comparée aux résultats de la théorie de la similitude de Monin et Obukhov. Finalement, nous avons considéré une
couche limite atmosphérique instationnaire, avec données provenant de l’expérience Wangara.
Mots-clés :
Modélisation, Turbulence, Mécanique des fluides numérique, Écoulements atmosphériques, Méthodes numériques.
