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CETS8AF

Mécanique des fluides numériques


Crédits : 2 ECTS 

Durée : 21 heures

Semestre : S8

Responsable(s) :

Jean-Pierre BELLOT, Professeur,  jean-pierre.bellot@mines.nancy.univ-lorraine.fr

Mots clés : Mécanique des fluides, simulation numérique, transferts couplés

 

Pré requis :

Objectif général : bases pour le développement et l'utilisation de codes de mécanique des fluides numériques

Programmes et contenus :

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 – commandes usuelles
TD : Ecoulement autour d’une aile d’'avion – 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 – Calcul de la courbe caractéristique d'’une aile d'’avion (Cz=f(Cx))
3. Maillages structurés et non-structurés – Bases de la méthode des volumes finis
TD : Maillage 2D d’un injecteur
4. Résolution des équations de Navier-Stokes – 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 – 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 : 

Niveaux

Description et verbes opérationnels

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.

Évaluations :

  • Test écrit
  • Contrôle continu
  • Oral, soutenance
  • Projet
  • Rapport
  • Aucune étiquette