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🎓 Soutenance de Thèse : Benjamin VANBERSEL

  Jeudi 5 septembre 2024Du 14h00 Ă  17h00

  Salle JCA, Cerfacs, Toulouse, France    


MĂ©thodes de raffinement de maillage automatique pour la simulation aux grandes Ă©chelles d’explosions de gaz

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La demande d'Ă©nergie ne cesse d'augmenter et est en grande partie obtenue grâce Ă  la combustion, avec des carburants d'origine fossile ou renouvelable. Ces carburants, souvent stockĂ©s dans des environnements clos, prĂ©sentent un danger en cas de fuite. En effet, l’inflammation d’un nuage de gaz prĂ©-mĂ©langĂ© peut entraĂ®ner une explosion, provoquant une propagation rapide d’un front de flamme et gĂ©nĂ©rant des surpressions dangereuses pour les personnes et les infrastructures. Pour comprendre et prĂ©venir ces explosions, diverses expĂ©rimentations sont menĂ©es, allant des tests en laboratoire aux simulations Ă  l’Ă©chelle industrielle. Toutefois, les conditions extrĂŞmes de tempĂ©rature et de pression rendent les diagnostics prĂ©cis difficiles Ă  obtenir expĂ©rimentalement. 

La simulation numĂ©rique, notamment la simulation aux grandes Ă©chelles (LES) permet de complĂ©ter ces expĂ©rimentations en offrant une meilleure comprĂ©hension des phĂ©nomènes de combustion et de turbulence. La simulation LES a dĂ©jĂ  prouvĂ© son efficacitĂ© pour reproduire la dynamique des dĂ©flagrations et les surpressions associĂ©es dans des domaines de petite taille. Elle permet Ă©galement des diagnostics prĂ©cis Ă  chaque point du domaine de calcul. Cependant, les grandes dimensions des installations industrielles posent des dĂ©fis pour la rĂ©solution numĂ©rique complète des phĂ©nomènes physiques en jeu. La discrĂ©tisation homogène de tout le domaine de calcul serait trop coĂ»teuse en termes de temps et de ressources. Ainsi, l’adaptation de maillage, particulièrement l’adaptation dynamique, est utilisĂ©e pour affiner la discrĂ©tisation dans les zones d’intĂ©rĂŞt qui Ă©voluent au fil du calcul. Cette technique permet de rĂ©duire la taille des maillages et les coĂ»ts de calcul en suivant les phĂ©nomènes d’intĂ©rĂŞt prĂ©dĂ©finis durant leur propagation.

Les travaux de cette thèse se concentrent sur le dĂ©veloppement et la validation d’une mĂ©thode de raffinement adaptatif de maillage (AMR) pour les simulations LES des dĂ©flagrations, basĂ©e sur des critères physiques instantanĂ©s jouant un rĂ´le important dans les explosions. La mĂ©thode proposĂ©e, nommĂ©e « Turbulent Flame Propagation-AMR » (TFP-AMR), reproduit la dynamique transitoire des flammes turbulentes et des structures tourbillonnaires dans l’Ă©coulement et utilise la bibliothèque AMR non structurĂ©e kalpaTARU. Elle repose sur des critères dĂ©rivĂ©s des caractĂ©ristiques physiques des dĂ©flagrations, limitant la dĂ©pendance aux paramètres utilisateur. Un critère de sĂ©lection des vortex, issu de la thĂ©orie d’interaction flamme/vortex, et un critère spĂ©cifique d’adaptation de maillage sont dĂ©veloppĂ©s pour garantir que les zones d’intĂ©rĂŞt demeurent toujours dans une rĂ©gion de maillage raffinĂ© tout au long du processus transitoire. La mĂ©thodologie est validĂ©e sur des cas Ă©lĂ©mentaires reprĂ©sentant des composantes fondamentales du problème, tels que la propagation de flamme, la propagation de vortex et l’interaction flamme-vortex.

Enfin, la mĂ©thode est appliquĂ©e Ă  des configurations de dĂ©flagrations, d'abord dans une chambre obstruĂ©e semi-confinĂ©e, puis dans un canal obstruĂ© entièrement confinĂ©, avec diverses variations paramĂ©triques concernant la gĂ©omĂ©trie de la chambre et les propriĂ©tĂ©s du mĂ©lange initial. Dans ces configurations, la dĂ©flagration peut atteindre des rĂ©gimes rapides, avec des formations d’ondes de choc en amont du front de flamme. Les comparaisons entre expĂ©riences et simulations dĂ©montrent que la mĂ©thode TFP-AMR obtient des rĂ©sultats prĂ©cis Ă  un coĂ»t de calcul infĂ©rieur par rapport aux simulations de rĂ©fĂ©rence maillages statiques, en nĂ©cessitant que peu d'ajustement de paramètres, validant ainsi la robustesse et l’efficacitĂ© de la mĂ©thode pour ce type d'application.

Jury

M. Christian TENAUDEM2C, CentraleSupélecRapporteur
M. Laurent BRICTEUX     UniversitĂ© de MonsRapporteur
M. Marc BELLENOUEISAE-ENSMAExaminateur
Mme. Laura GASTALDOIRSN Examinatrice
M. Cédric MEHLIFP Énergies nouvellesExaminateur
M. Vincent BLANCHETIEREGRTGazInvité
M. Laurent GICQUELCERFACS Directeur de thèse
M. Thomas JARAVELCERFACS InvitĂ© – Co-encadrant de thèse

L'AGENDA

Mercredi

04

Septembre

2024

🎓Soutenance de thèse Patrick STREMPFL

Mercredi 4 septembre 2024Du 14h00 Ă  17h00

  Thèses Cerfacs       Salle JCA, Cerfacs, Toulouse, France    

Jeudi

05

Septembre

2024

🎓 Soutenance de Thèse : Benjamin VANBERSEL

Jeudi 5 septembre 2024Du 14h00 Ă  17h00

  Salle JCA, Cerfacs, Toulouse, France    

Jeudi

12

Septembre

2024

🎓 Soutenance de Thèse : Susanne BAUR

Jeudi 12 septembre 2024Du 14h00 Ă  18h00

  Thèses Cerfacs       Salle JCA, Cerfacs, Toulouse, France    

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