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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Quelques exemples
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3. Représentation de la physique du système
De nombreux modèles physiques sont nécessaires pour tenir compte de la complexité des phénomènes. Parmi les modèles les plus usités, on distingue en particulier les modèles de turbulence et ceux qui permettent de prendre en compte le caractère diphasique des écoulements. C’est le domaine le plus évolutif des codes de calcul, et nous décrirons ici les modèles les plus utiles à l’ingénieur de procédés.
3.1 Prise en compte de la turbulence
La plupart des écoulements simulés dans des applications industrielles sont turbulents. La turbulence se caractérise par le développement dans l’écoulement de tourbillons de différentes tailles et de différentes durées de vie (voir l’article [BE 8 157] Écoulement des fluides. Dynamique des fluides réels ). Les plus grands tourbillons, qui ont la plus longue durée de vie, peuvent transporter la chaleur, la quantité de mouvement, les espèces, alors que les plus petits qui ont une durée de vie plus courte assurent la conversion de l’énergie cinétique en chaleur par frottements visqueux. Il n’est pas réaliste aujourd’hui de tenir compte de toutes ces échelles dans une simulation numérique : les échelles de pas de temps et de maillage nécessaires seraient trop petites. En outre, l’ingénieur est essentiellement intéressé par la connaissance du comportement de l’installation moyenné dans le temps.
Afin de prendre en compte la turbulence, chaque variable est décomposée en deux termes, un terme moyen et un terme fluctuant. Par exemple, une composante de la vitesse, la pression et la température s’écrivent à un instant donné sous la forme suivante (décomposition des variables en composantes moyenne et fluctuante) :
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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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