Thermodynamique, Ondes, Numérique, Interfaces, Combustion

Thermal effects in rotating systems

Waves and immersed interfaces

Modeling of reactive multiphase flows

Modeling and simulation of forest fire propagation

Mixture thermodynamics

Thermodynamics, Numerical Waves, Interfaces, Combustion Team
Présentation

The TONIC team is developing an activity of modeling of strongly multi-scale phenomena. It covers in particular multiphase and/or reactive flows, from the scale of the isolated injector (a few mm) to the scale of a fully developed forest fire (several hectares). 
Adapted numerical methods are developed in parallel, in particular for soil imaging (detection of slicks by acoustic analysis), or for the modeling of radiative transfers.

In parallel to these multi-scale developments, analytical work is carried out to support the construction of models. An important research effort is devoted to the modeling of the thermodynamics of multiphase mixtures (thermochemical equilibrium calculations, complex thermodynamic closures), or to the development of reduced kinetic models for combustion.

Responsable

  • Chargé de Recherche CNRS - HDR
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
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Annuaire personnel permanent

  • Chargé de Recherche CNRS - HDR
    équipe Thermodynamique Ondes Numérique Interfaces Combustion
  • Professeur Centrale Marseille
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  • Maître de Conférences AMU
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  • Professeur des Universités AMU
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  • Professeur émérite AMU
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  • Directeur de Recherche CNRS
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  • Chargée de Recherche CNRS
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  • Maître de Conférences AMU - HDR
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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Dernières publications de l'équipe

  • Oleksandr Dimitrov, Pierrette Guichardon, Isabelle Raspo, Evelyne Neau. Vapor–Liquid Equilibria of the Aqueous and Organic Mixtures Composed of Dipropylene Glycol Methyl Ether, Dipropylene Glycol n -Butyl Ether, and Propylene Glycol n -Butyl Ether. Part II: Modeling Based on the NRTL-PR Model. Industrial and engineering chemistry research, American Chemical Society, 2021, 60 (30), pp.11513-11524. ⟨10.1021/acs.iecr.1c01545⟩. ⟨hal-03379757⟩ Plus de détails...
  • Pierre Boivin, M. Tayyab, S. Zhao. Benchmarking a lattice-Boltzmann solver for reactive flows: Is the method worth the effort for combustion?. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2021, 33 (7), pp.071703. ⟨10.1063/5.0057352⟩. ⟨hal-03276189⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Frangieh, Gilbert Accary, Jean-Louis Rossi, Dominique Morvan, Sofiane Meradji, et al.. Fuelbreak effectiveness against wind-driven and plume-dominated fires: a 3D numerical study. Fire Safety Journal, Elsevier, 2021, pp.103383. ⟨10.1016/j.firesaf.2021.103383⟩. ⟨hal-03258935⟩ Plus de détails...
  • M. Tayyab, S. Zhao, Pierre Boivin. Lattice-Boltzmann modeling of a turbulent bluff-body stabilized flame. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2021, 33 (3), pp.031701. ⟨10.1063/5.0038089⟩. ⟨hal-03160901⟩ Plus de détails...
  • G. Farag, S. Zhao, G. Chiavassa, Pierre Boivin. Consistency study of Lattice-Boltzmann schemes macroscopic limit. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2021, 33 (3), pp.037101. ⟨10.1063/5.0039490⟩. ⟨hal-03160898⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Février 2022 - Lattice-Boltzmann methods for compressible flows / PhD defense Gabriel Farag
Doctorant : Fabriel FARAG

Date de soutenance : le 4 février 2022 à 14h00 ; Amphi 3 Centrale Marseille

Abstract  : Since the late 1970's, computational fluid dynamics solvers became essentials due to increasingly complex applications requiring fluid solutions. The small scales necessary for industrial applications often need a very fine grid or very small timestep. This dramatically increases the computational cost of nowadays simulations. To design more computationally efficient solvers, a popular approach is to use Lattice-Boltzmann methods. Originating from the kinetic theory of gases, this method have gained a tremendous popularity among fluid dynamicists due to its cheap and easily implemented collide & stream algorithm. However, its intrinsic assumptions confines classical Lattice-Boltzmann solvers to weakly compressible flows. Yet, some compressible models have been proposed. The purpose of this manuscript is to improve the robustness as well as accuracy of compressible Lattice-Boltzmann models. To this end, the Lattice-Boltzmann method is fully reinterpreted as a numerical scheme. This allows a straightforward and parsimonious derivation of the equivalent Navier-Stokes-Fourier system using the sole assumption of a negligible timestep. Using this formalism, the order of accuracy is shown to depend on the collision kernel, as well as the mechanical constitutive model. Various models are investigated and we show that the Knudsen number is not the sole parameter controlling the consistency with the Navier-Stokes-Fourier model. Additionally, capabilities of the entropy equation to model low supersonic flows is explained through standard shock wave theory arguments. A MUSCL-Hancock scheme is employed to discretize the entropy equation and improve both stability and accuracy compared to previous schemes. Equipped with this new formalism, a compressible pressure-based model is proposed and validated on various supersonic test cases. Then, we unify all compressible models proposed by our group under a single formalism and investigate the differences and optimal choices for the various degrees of freedom of our family of models. Finally, this unified model is validated on high supersonic smooth flows and low supersonic shocked flows. 

Jury
Directeur de these M. Pierre BOIVIN CNRS / M2P2
CoDirecteur de these  M. Guillaume CHIAVASSA  Centrale Marseille
Rapporteur M. Rémi ABGRALL Univertität Zürich
Rapporteur M. Jonas LATT Université de Genève
Examinateur Mme Paola CINNELLA Sorbonne Université
Examinateur M. Manfred KRAFCZYK Technische Universität Braunschweig
Examinateur M. Pierre SAGAUT Aix-Marseille Université / M2P2
Vendredi 18 décembre - Instabilités strato-rotationelles : calcul intensif et expérience / Soutenance de thèse Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA
Doctorant : Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA            
  
Date de la soutenance :  le 18 décembre 2020 à 10h00, au bâtiment AZFD de la Brandenburg University of Technology Cottbus – Senftenberg

Abstract : 

Les vortex en écoulements stratifiés peuvent se manifester à petite et grande échelles dans les applications géophysique et astrophysique. Dans le contexte astrophysique, les disques d’accrétion (à partir desquels les systèmes solaires sont formés) peuvent être considérés comme des tourbillons en milieux stratifiés. En ce qui concerne la formation des planètes, la compréhension des mécanismes qui peuvent entraîner un transport vers l’extérieur du moment cinétique constitue par conséquent un problème central. Pour qu’une planète ou une étoile se forme dans un disque, le moment angulaire doit être transporté loin de son centre afin de permettre l’agrégation de matière par gravité; sinon, sa vitesse de rotation serait beaucoup trop grande pour permettre cette agrégation de matière (et la formation d’étoiles qui en résulte). Dans de tels systèmes constitués de gaz, la turbulence est le mécanisme le plus probable permettant de réaliser un transport de moment angulaire aussi important. Cependant, il a été montré que le profil des écoulements des disques d’accrétion est stable et la question se pose de savoir com-ment la turbulence peut être générée. Parmi les autres candidats, l’instabilité strato-rotationnelle (SRI) a attiré l’attention ces dernières années. SRI est une instabilité purement hydrodynamique qui peut être modélisée par un système classique de Taylor-Couette (TC) avec une stratification stable due à un gradient axial de salinité ou de température. Dans cette thèse, on proposes une étude à la fois expérimentale et numérique en se focalisant sur la mise en évidence de nouveaux comportements spécifiques à l’instabilité strato-rotationnelle (SRI). La stratification axiale provoque un changement de la transition de l’instabilité marginale par rapport au système classique non stratifié TC, rendant l’écoulement instable dans les régions où sans stratification il resterait stable. Cette caractéristique fait de l’instabilité SRI un phénomène pertinent dans les domaines planétaire et astrophysique, en particulier dans la théorie de la formation des disques d’accrétion. Malgré de nombreuses avancées dans la compréhension des écoulements strato-rotationnels,la confrontation de données expérimentales avec des simulations numériques non linéaires est pertinente, car elle implique à la fois les aspects linéaires ainsi que les interactions non linéaires des modes SRI qui doivent encore être mieux compris. Ces comparaisons révèlent également de nouveaux phénomènes et motifs non linéaires encore jamais observés pour les SRI, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des écoulements géophysiques. Le dispositif expérimental conçu pour étudier ces phénomènes liés à l’instabilité SRI consiste en deux cylindres qui peuvent tourner indépendamment, la cavité étant remplie avec de l’huile de silicone. Afin d’obtenir une stratification stable le long de l’axe du cylindre, le couvercle inférieur de l’installation est refroidi tandis que sa partie supérieure est chauffée. Le champ résultant de la rotation des cylindres interagissant avec la stratification de densité stable est mesuré en utilisant la technique de vélocimétrie par image de particules (PIV). Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur des cas à nombres de Reynolds modérés (Re, basé sur le rayon du cylindre intérieur et les vitesses angulaires), variant entre Re=300 et Re=1300. Le rapport de rotation entre cylindres extérieur et intérieur est fixé à μ=Ωout/Ωin=0.35, une valeur légèrement inférieure au profil de vitesse képlérien, mais au delà de la limite de Rayleigh. Cette configuration expérimentale est également étudiée par simulations numériques directes à l’aide d’un code parallèle incompressible avec une approximation de Boussinesq, basé sur des schémas compacts d’ordre élevé et des séries de Fourier.D’un point de vue algorithmique, une décomposition bi-dimensionnelle est mise en œuvre afin d'obtenir une parallélisation efficace.

Jury :
Directeur de thèse:  Stéphane Viazzo (Aix-Marseille Université, M2P2)   
Directeur de thèse:  Uwe Harlander (BTU Cottbus-Seftenberg)
Rapporteur:  Innocent Mutabazi (Université du Havre) 
Rapporteur: Christoph Egbers ( BTU Cottbus-Seftenberg)
Examinatrice:  Caroline Nore (Université Paris Saclay)
Examinatrice:  Nikki Verkauteren (FU-Berlin)
Invité:  Fred Feudel (Universität Potsdam)
Invité: Stéphane Abide (Université de Perpignan)