Cerfacs Entrez dans le monde de la haute performance...

LES à l'ordre élevé d'une chambre de combustion par méthode des Différences Spectrales

   |   |  , , , , ,

Niveau requis : Master ou école d'ingénieur
Date de début : 1 novembre 2023
Durée de la mission : 36 mois

Contexte:

Les besoins en simulation numérique haute performance des industries aéronautiques et aérospatiales sont en forte augmentation afin de réduire les coûts de développements. En effet, l’amélioration des performances propulsives des moteurs (avion, hélicoptère, fusée) est un enjeu majeur. Pour cela, la représentativité des calculs aux Grandes Échelles sur des configurations industrielles est indispensable. Dans ce contexte, le CERFACS travaille en étroite collaboration avec l'ONERA afin de mettre au point des méthodes de calculs innovantes au sein du logiciel JAGUAR. 

JAGUAR résout les équations de Navier-Stokes en incluant des réactions chimiques pour la combustion turbulente. Il s'appuie sur un formalisme de discrétisation original, les différences spectrales (SD), qui font partie des méthodes spectrales discontinues. On recherche alors la solution par cellule comme polynôme de degré donné. Il n'est pas requis de continuité des champs aux interfaces entre cellules adjacentes, ce qui apporte la notion de discontinuité. Les maillages considérés sont de type non structuré composés d'hexaèdres. 

ONERA et CERFACS collaborent depuis de nombreuses années sur JAGUAR. Des travaux menés durant la thèse de A. Veilleux ont permis d'étendre le choix des éléments aux triangles [1] jusqu'à l'ordre 6 et aux tétraèdres [2] avec une limitation à l'ordre 3 (p=2). Les travaux de thèse de T. Marchal [3] ont permis de rendre possibles les simulations réactives, à nouveau sur hexaèdre en retenant le schéma standard des différences spectrales. Une adaptation de la méthode des différences spectrales est également proposée afin de rendre le schéma stable en présence d'une discontinuité [4]. On se propose ici de continuer cet effort afin d'améliorer les possibilités de modélisation pour réaliser des simulations d'écoulements rencontrés dans l'industrie aéronautique et aérospatiale [5]. 

Objectifs:

L'objectif principal de la thèse est de démontrer que la méthode des différences spectrales permet de faire de nouvelles simulations qui dépassent l'état de l'art, notamment en écoulement réactif. Pour y parvenir, il est nécessaire d'investir sur plusieurs axes de recherche complémentaires. L'application cible est la configuration PRECCINSTA [3] en réactif sur maillage hybride composé de tétraèdres et de prismes. Dans un premier temps, l'implemantation et la validation de l'approche sur prisme sera réalisée, avec une attention particulière sur le co- et le post-traitement des simulations réalisées via l’outil de traitement Antares développé en python (https://cerfacs.fr/antares). L'implémentation d'un schéma diffusif robuste adapté aux écoulements réactifs est également envisagé, ainsi que le développement de conditions aux limites non-réfléchisante de type NSCBC. Dans un second temps, la faisabilité d'obtenir une formulation SD stable sur tétraèdres à l'ordre supérieur à  3 sera étudiée.

[1] Veilleux, A., Puigt, G., Deniau H. and Daviller, G. (2022), A stable Spectral Difference approach for computations with triangular and hybrid grids up to the 6th order of accuracy, Journal of Computational Physics, 449, pp. 110774, 2022

[2]  Veilleux, A., Puigt, G., Deniau, H. and Daviller, G. (2022) Stable Spectral Difference Approach Using Raviart-Thomas Elements for 3D Computations on Tetrahedral Grids, Journal of Scientific Computing, 91, 7

[3] Marchal, T. and Deniau, H. and Boussuge, J.-F. and Cuenot, B. and Mercier, R. (2021) Extension of the Spectral Difference method to combustion. arXiv preprint arXiv:2112.09636

[4] Deniau H. and Puigt G., Entropy stable spectral difference scheme, H. Deniau and G. Puigt, European workshop on high order nonlinear numerical methods for evolutionary PDEs: theory and applications (HONOM2022), 2022.

[5] Gicquel, Laurent and Staffelbach, Gabriel and Poinsot, Thierry (2012) Large Eddy Simulations of gaseous flames in gas turbine combustion chambers. Progress in Energy and Combustion Science, vol. 38 (n° 6). pp. 782-817. ISSN 0360-1285

Exigences:

Le candidat doit avoir des connaissances en méthodes numériques et en mécanique des fluides compressible. Une première expérience basée sur un projet en dynamique des fluides numérique instationnaire (CFD) est nécessaire. En particulier, des compétences en programmation Fortran et python sont indispensables.

Veuillez envoyer une lettre de motivation et un CV complet.

Pour cette thèse de doctorat, les qualités requises sont les suivantes :

• Esprit d’initiative
• Aptitude à communiquer dans une équipe projet (expressions des besoins, exposé des travaux, etc.)
• Aptitude à travailler de manière autonome dans des codes de calcul (utilisation d'outils de développement, compilateurs, langages de programmation, etc…)

Contacts :

Jean-François Boussuge (boussuge@cerfacs.fr)
Guillaume Daviller (daviller@cerfacs.fr)