Les simulations de dynamique des fluides jouent désormais un rôle crucial dans l'industrie de l'énergie et des transports, avec comme ambition de prédire avec précision des quantités d'intérêt technique pour les écoulements turbulents se développant à l'intérieur ou au-dessus d'objets réels à l'échelle réelle.
Les propriétés intrinsèques de la méthode de Boltzman sur réseau couplée à la méthode des frontières immergées présentent un grand potentiel pour prédire des écoulements complexes dans des conditions réalistes. Ceci est déjà évalué par les simulations réussies effectuées au laboratoire M2P2 pour des configurations industrielles à grande échelle. Cependant, certains problèmes clés ont été clairement identifiés pour améliorer la fiabilité et la précision de ces simulations avec la méthode LBM et la méthode des frontières immergées. Ceci est vrai en par-ticulier pour des écoulements compressibles qui peuvent être induits à la fois par de grandes variations de température ou de pression.
La turbulence, les écoulements de proche paroi le long de géométries complexes (non ali-gnées sur la grille), ainsi que la présence de fort gradients, voir même de discontinuités ou même de chocs soulèvent plusieurs questions de modélisation numérique et physique qui seront abordées dans ce projet de thèse.
Le sujet de cette thèse sera focalisé sur la modélisation de la paroi solide et de la couche li-mite turbulente, qui reste une question clé pour prédire avec précision les forces aérodyna-miques et le transfert de chaleur. L’objectif est de développer des conditions aux limites amé-liorées sur les parois solides avec une précision physique et une stabilité numérique accrues. Si un schéma efficace de conservation de la masse a été récemment proposé par l'équipe pour les écoulements isothermes (Xu et al. PoF 2022), davantage de travail est nécessaire pour les écoulements compressibles, en particulier lorsque des discontinuités sont présentes près de la paroi (par exemple, un choc ou une flamme attachée). Une partie du travail sera également consacrée à la prédiction du flux de chaleur et à une estimation précise de la distribution du nombre de Nusselt, en traitant à la fois de la modélisation du flux de chaleur turbulent et des améliorations numériques pour atténuer les oscillations parasites sur les quantités de fluide le long de géométries complexes non alignées avec le maillage. Le cadre de modélisation sera basé sur la simulation des grandes turbulences (WMLES) et une stratégie RANS/LES basée sur une approche simplifiée de la contrainte de Reynolds avec des fonctions de paroi sera étendue aux écoulements compressibles avec une contrainte de flux de chaleur turbulent.
Cette thèse fait partie de la chaire industrielle LIBERTY (Lattice-Boltzmann Extended Research on Turbomachinery and hYdrogen) récemment accordée par l'ANR et trois grand groups du secteur AIRBUS, SAFRAN et Fives-Pillard.
