Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La mécanique des fluides numérique (CFD) consiste à appliquer le calcul numérique à la mécanique de fluides. Cet article a pour objet la présentation des avantages de cette technique, mais aussi ses limites. Il présente les outils de mise en œuvre dont les logiciels commerciaux, expose les modèles physiques les plus répandus, les différentes étapes d’une simulation, et comment évaluer au final la pertinence des résultats obtenus. Pour terminer, deux exemples sont retenus pour illustration.
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Lire l’articleAuteur(s)
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David Frederick FLETCHER : Chercheur à l’Université de Sydney, Australie - Chercheur invité au CNRS-LGC UMR 5503
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Catherine XUEREB : Directrice de Recherche, CNRS-LGC UMR 5503
INTRODUCTION
Cet article présente la mécanique des fluides numérique en tant qu’outil pour l’ingénieur. L’objectif est donc de sensibiliser l’utilisateur à la CFD, en lui présentant le plus clairement possible les capacités de cet outil, mais également ses limites. En particulier, l’accent sera mis sur la méthodologie à adopter pour mener à bien une simulation, et sur les questions qu’il convient de se poser aux différentes étapes de sa mise en œuvre. Les modèles physiques classiquement proposés par les codes de calcul seront décrits, ainsi que la façon de s’assurer de la pertinence des résultats d’une simulation. Au moment de se lancer dans la pratique de la CFD, l’utilisateur devra avoir recours à des descriptions beaucoup plus avancées des modèles et, éventuellement, des méthodes utilisées, qu’il pourra trouver dans des traités de mécanique des fluides numériques plus exhaustifs.
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Présentation
Aspects numériques
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1. Présentation de la mécanique des fluides numérique (CFD)
1.1 Utilité et attendus de la CFD en ingénierie
La CFD ( Computational Fluid Dynamics ) est simplement le calcul numérique appliqué à la mécanique de fluides. Cela consiste à résoudre dans une géométrie donnée les équations fondamentales de la mécanique des fluides, que l’on peut éventuellement coupler aux équations de transfert thermique ou de réaction chimique. Historiquement, la CFD a commencé à se développer en génie mécanique, pour étudier les écoulements autour d’un objet afin de mieux le profiler (ailes d’avions, automobiles). Dans le domaine du génie chimique, les problèmes sont, en général, beaucoup plus complexes de par, en particulier, le caractère multiphasique des écoulements, les réactions chimiques et le comportement rhéologique des fluides.
Le résultat d’une opération unitaire est souvent sous-tendu par la qualité des écoulements qui sont produits dans l’appareil, car l’intensité des transferts en dépend fortement (mise en contact d’espèces, de fluides, de phases, d’internes, de parois). La connaissance des écoulements dans une installation, et des grandeurs locales ou globales que l’on peut en déduire (champs de concentration, de dissipation énergétique, de température, puissance dissipée, perte de charge, distribution de temps de séjour, etc.), aide alors l’ingénieur de procédé à mieux définir la géométrie de son équipement et à régler avec pertinence ses paramètres opératoires.
HAUT DE PAGE1.2 Outils de la mise en œuvre
La CFD requiert de bons outils, et un utilisateur possédant une bonne compétence scientifique.
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Ressources humaines
La convivialité toujours plus grande des logiciels proposés sur le marché ne doit jamais faire oublier que la personne qui mène une simulation doit posséder avant tout une excellente connaissance de la physique et de la chimie du système étudié. De plus, elle doit maîtriser certains aspects numériques, car des choix doivent être faits quant aux méthodes de résolution des équations.
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Logiciels commerciaux
Un grand choix de logiciels pour la CFD est désormais...
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Présentation de la mécanique des fluides numérique (CFD)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VERSTEEG (H.K.), MALALASEKERA (W.) - An introduction to computational fluid dynamics : the finite volume method. - Longman (1998).
-
(2) - FERZIGER (J.H.), PERIC (M.) - Computational methods for fluid dynamics. - Springer (1996).
-
(3) - WILCOX (D.C.) - Turbulence modelling for CFD. - DCW Industries (1993).
-
(4) - HIRSCH (C.) - Numerical computation of internal and external flows. - Wiley (1992).
-
(5) - LIBBY (P.A.) - Introduction to turbulence. - Taylor and Francis (1996).
-
(6) - PATANKAR (S.V.) - Numerical heat transfer and fluid flow. - Taylor and Francis (1980).
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(7) - KUO (K.K.) - Principles...
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