La simulation des écoulements turbulents
La CFD (Computational Fluid Dynamics) joue un rôle majeur dans la conception de nombreux systèmes, comme par exemple pour la propulsion aéronautique/automobile et la production d’énergie.
La plupart des écoulements dans l’industrie et l’environnement sont turbulents, ce qui implique une large gamme d’échelles, depuis les échelles imposées par la géométrie jusqu’aux échelles microscopiques, comme on peut le voir sur la figure d’un champ d’éoliennes offshore.
La représentation correcte de l’influence de la turbulence dans les simulations repose sur un compromis entre le coût de calcul et la précision. Le choix de la combinaison du modèle physique et de la méthode numérique est particulièrement crucial. En effet, comme illustré sur le schéma, un panel de modèles physiques, allant de la DNS (résolution des équations de Navier-Stokes) au RANS (résolution des moments statistiques) est disponible, avec des coûts de calcul et des difficultés de modélisation très différents.
Pour dépasser les limites intrinsèques de la méthode RANS, étant donné le coût inabordable des DNS et des LES pour les écoulements industriels délimités par des parois, la seule approche envisageable dans les prochaines décennies est l’approche hybride RANS/LES. Cette approche est basée sur l’idée d’utiliser un modèle RANS partout où cela est possible, et en particulier dans les régions proches de la paroi, et la LES uniquement lorsque cela est nécessaire, en changeant le modèle de manière abrupte ou continue. Ce dernier cas est illustré par la figure montrant l’exemple d’un jet en écoulement transverse, représentatif du refroidissement par plaques multi-perforées dans les moteurs aéronautiques. Le RANS est utilisé dans la couche limite et la LES uniquement dans la région d’interaction jet/couche limite. Le film ci-dessous montre les résultats obtenus avec une telle méthode, développée par l’équipe-projet CAGIRE, la HTLES (Hybrid Temporal LES).
Calcul HTLES d’un jet en écoulement transverse réalisé avec Code_Saturne (F. Mastrippolito, R. Manceau, P. Bruel)
