Salle 205 Simulation multi-échelle des écoulements fluide/particules

Séminaire LMGC – Jeudi 26/06/2014
14h – Salle 205
Simulation multi-échelle des écoulements fluide/particules
Anthony Wachs
Département de Mécanique des Fluides
IFP Energies nouvelles, Solaize, France
Les écoulements fluide/particules font partie des systèmes diphasiques à phase
dispersée dont la compréhension reste incomplète, et ce même dans des cas qui semblent
pourtant simples comme celui d'une suspension de sphères monodisperses dans un fluide
Newtonien. La difficulté principale de compréhension et de modélisation de ces
écoulements repose sur la grande diversité d'échelles présentes : de la particule à celle de
l’écoulement contrôlée par la géométrie du domaine. Ainsi, il est essentiel de décrire
précisément les interactions (transfert de quantité de mouvement et/ou de chaleur) entre
les particules et le fluide porteur pour simuler de manière réaliste le comportement global
du système, composé de plusieurs milliers/millions/milliards de particules
micro/millimétriques dans un dispositif dont la taille est souvent de l'ordre du mètre. Dans le
cadre d'une approche micro-mésomacro, nous développons et implémentons des modèles
aux échelles micro (Domaines Fictifs) et méso (two-way Euler Lagrange) dans notre code de
calcul PeliGRIFF pour des écoulements incompressibles isothermes ou non-isothermes de
suspension de particules solides indéformables sphériques ou angulaires.
Durant ce séminaire, je présenterai les différentes caractéristiques de PeliGRIFF : modèles
physiques, schémas numériques et calcul haute performance. J'illustrerai les capacités du
code sur différents cas tests: avec ou sans fluide, bas Reynolds ou inertiel, isotherme ou non-
isotherme. Je discuterai ensuite des espoirs suscités par ce type d'approche numérique en
termes, d'une part, d'aide à la compréhension physique des mécanismes complexes de
transfert au sein de ces écoulements et, d'autre part, de pré-dimensionnement des systèmes
industriels.
Enfin, l'approche à l'échelle micro, souvent utilisée comme une méthode de grande
précision, présente néanmoins de nombreuses limitations intrinsèques dans un contexte de
ressources calcul toujours insuffisantes par rapport aux souhaits du chercheur. En particulier,
j'illustrerai ces limitations sur deux cas : (i) la modélisation numérique de l'écoulement d'une
suspension concentrée à bas Reynolds où la lubrification domine et la description physique
des contacts lubrifiés restent des problèmes ouverts, et (ii) le problème des couches limites
thermiques et massiques aux grands nombres de Prandtl et de Schmidt dans les
écoulements avec transfert de chaleur et de masse.