Instabilité, turbulence et contrôle

Ecoulements aérodynamiques

Ecoulements biologiques

Ecoulements pour la fusion magnétique

Hydrodynamique et transferts pariétaux

suite...

Instabilités, Turbulence et Contrôle
Présentation

L’équipe ITC développe une expertise en simulation numérique et analyse prédictive d’écoulements dans des domaines d'applications centrés sur l’aéronautique, la fusion, les écoulements pulmonaires et les transferts hydrodynamiques. Des méthodes numériques innovantes et optimisées y sont développées pour répondre à des enjeux scientifiques fondamentaux, des applications industrielles, et des problématiques sociétales actuelles.
L’équipe compte actuellement 10 chercheurs et enseignants chercheurs, et se structure autour de 4 axes de recherche :

Responsable

x >

Annuaire personnel permanent

x >

Doctorants, Post-Doctorants et CDD

x >

Dernières publications de l'équipe

  • Rouae Ben Dhia, Nils Tilton, Denis Martinand. Impact of osmotic pressure on the stability of Taylor vortices. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2022, 933, pp.A51. ⟨10.1017/jfm.2021.1101⟩. ⟨hal-03533753⟩ Plus de détails...
  • X Litaudon, F Jenko, D Borba, D Borodin, B Braams, et al.. EUROfusion-theory and advanced simulation coordination (E-TASC): programme and the role of high performance computing. Plasma Physics and Controlled Fusion, IOP Publishing, 2022, 64 (3), pp.034005. ⟨10.1088/1361-6587/ac44e4⟩. ⟨hal-03562886⟩ Plus de détails...
  • D. Galassi, C. Theiler, T. Body, F. Manke, P. Micheletti, et al.. Validation of edge turbulence codes in a magnetic X-point scenario in TORPEX. Physics of Plasmas, American Institute of Physics, 2022, 29 (1), pp.012501. ⟨10.1063/5.0064522⟩. ⟨hal-03566373⟩ Plus de détails...
  • M Scotto d'Abusco, G Giorgiani, J Artaud, H Bufferand, G Ciraolo, et al.. Core-edge 2D fluid modeling of full tokamak discharge with varying magnetic equilibrium: from WEST start-up to ramp-down. Nuclear Fusion, IOP Publishing, 2022, ⟨10.1088/1741-4326/ac47ad⟩. ⟨hal-03509800⟩ Plus de détails...
  • Gauthier Wissocq, Thomas Coratger, Gabriel Farag, Song Zhao, Pierre Boivin, et al.. Restoring the conservativity of characteristic-based segregated models: application to the hybrid lattice Boltzmann method. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2022, 34 (4), pp.046102. ⟨10.1063/5.0083377⟩. ⟨hal-03627520⟩ Plus de détails...
x >

Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

31 Mars 2022 - Numerical modelling of core/edge turbulent transport in tokamak with realistic geometry using an advanced numerical method / PhD defense Manuel SCOTTO D' ABUSCO
Doctorant : Manuel SCOTTO D' ABUSCO

Date : 31 Mars 2022 à 14h00, salle de réunion M2P2

Abstract : Nowadays a challenge remains the design of optimized plasma scenarios for tokamak operation to control the heat flow from the core region to the wall. This calls for the development of efficient and reliable numerical codes with predictive capabilities for plasma simulations. Despite significant progress the last years, predictive capabilities of current transport codes are still acknowledged by the international community as being largely insufficient. Among the new capabilities for the codes expected to get predictive capabilities, the accurate discretization of real geometries of tokamak chambers, the flexibility with respect to the magnetic geometry and the computational efficiency in terms of speed have been yet clearly identified by the fusion community. To solve all these issues, a new approach is proposed in the present work which aims to develop a high-order finite elements code based on hybrid discontinuous Galerkin numerical scheme and an efficient implicit time integration method for solving non isothermal Braginskii reduced fluid equations in versatile tokamak and magnetic equilibrium geometries. The use of such numerical scheme allows to perform simulations with time evolving magnetic configurations, avoiding expensive re-meshing of the computational domain. The first part of the thesis shows the structure and the realization of such a numerical tool. The feasibility of the latter is then investigated through a careful validation and benchmarking operation with SolEdge3X. The physical model is then enriched with self-consistent sources of particle due to plasma recycling and sources of energy due to Ohmic heating. In particular, a fluid model for neutrals is implemented and coupled to the plasma by ionization-recombination-radiation terms. The introduction of the sources allows to perform 2D simulation of a domain of computation which encompass a full poloidal cross section of the tokamk. The capability of such a model of reproducing the main features of a detached plasma is investigated in the second part of this work for the WEST tokamk machine. Then the first core-edge transport simulations of an entire WEST discharge (shot #54487) are shown from the start-up phase to the final plasma landing. The experimental magnetic equilibrium which evolves from a high field side limiter to a X-point configuration is implemented in the simulation together with the experimental gas puff time evolution. Comparisons between experimental interferometry and synthetic simulation data show a remarkable agreement in the plasma center with an accurate prediction of the ramp up and the flat top phase of the central lines integrated density. The agreement is less good however in the vicinity of the X-point. Finally, the time evolution during the discharge of the particles and heat fluxes at the wall, are analyzed showing in particular the energy redistribution between ion and electron during the discharge. The present result are also used to assess the tungsten sputtering, using both a simple cinematic model and the impurity tracker monte-carlo code ERO2.0. The analysis confirms the need to consider full discharge simulation to accurately treat the W source of contamination. The work also demonstrates the interest of developing magnetic equilibrium free solver including efficient time integration to tend toward predictive capabilities in the future fusion operation. 

Jury
Directeur de these  M. Eric SERRE  CNRS / M2P2
CoDirecteur de these  M. Hugo BUFFERAND  CEA-IRFM
Examinateur  M. Mathias GROTH  Aalto University
Examinateur  M. Sebastijan BREZINSEK  Institut für Energie- und Klimaforschung
Examinateur  M. Giorgio GIORGIANI ITER
Rapporteur  M. Nicola VIANELLO  Consorzio RFX
Rapporteur  M. Gravier ETIENNE  Université de Loirrane
Président  Mme Clarisse BOURDELLE  CEA- IRFM
9 Novembre 2021 - Vers la prédiction numérique du tremblement basse vitesse des avions civils: traitement de paroi amélioré pour la méthode Boltzmann sur réseau / Soutenance de thèse de Johan DEGRIGNY
Doctorant : Johan DEGRIGNY

Date de soutenance : Mardi 9 Novembre 2021 à 14:00, CERFACS, Toulouse / Salle administration 

Résumé :
La CFD (mécanique des fluides numérique) est un outil fiable et répandu en aérodynamique aéronautique pour prédire les écoulements dans des conditions proches des points de croisière nominaux. La prédiction fidèle de phénomènes aérodynamiques instationnaires impliquant des décollements massifs échappe encore aux calculs effectués à l'aide de la stratégie de modélisation de turbulence RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), qui est la norme dans le secteur. Le tremblement basse vitesse -- l'excitation mécanique de certains composants (l'empennage, par exemple) par le sillage d'un décollement localisé sur un composant en amont (la voilure, par exemple) -- tombe dans cette catégorie. Il est attendu des calculs résolvant les grandes échelles turbulentes qu'ils comblent cette lacune et qu'ils permettent ainsi l'élaboration de meilleurs aéronefs de façon plus économique et avec des cycles de conceptions plus courts. La LBM (méthode de Boltzmann sur réseau) semble être une bonne candidate pour relever le défi d'effectuer des calculs résolvant les grandes échelles turbulentes dans le processus de conception d'aéronefs. La modélisation de paroi, qui consiste à modéliser l'écoulement dans la zone interne de la couche limite, est crucial pour la LBM, plus encore que pour d'autres méthodes numériques. En effet l'utilisation de maillages cartésiens rend les calculs pleinement résolus de couches limites à fort nombre de Reynolds utopiques (même avec la modélisation RANS), et complique grandement la modélisation de paroi. De telles implémentations sont appelées "traitements de paroi". Ce travail repose sur ProLB, un solveur LBM développé par et appartenant à un groupement dont fait partie Airbus. Un traitement de paroi amélioré est développé dans ProLB à partir du traitement existant afin d'étendre le potentiel du solveur pour les écoulements attachés. Ces derniers sont un enjeu majeur pour le tremblement basse vitesse, au même titre que les écoulements décollés. Quatre éléments complémentaires sont introduits: un schéma d'entrée pour le modèle de paroi contournant l'interpolation du champ de vitesse proche des parois, la prise en compte du gradient discrétisé du modèle de paroi dans la condition limite LBM, l'élimination des noeuds trop proches des parois par rapport à la taille de maille locale et une précaution spécifique pour les mailles en surplomb au niveau des arrêtes vives. Le traitement de paroi amélioré est calibré et validé par des calculs RANS avec un simple modèle de paroi algébrique sur une plaque plane alignée avec le maillage en l'absence de gradient de pression et sur un profil d'aile NACA0012. La régularité des frottements et pressions pariétaux sont bien meilleurs qu'avec le traitement de base. La précision des résultats est aussi améliorée, dans les limites de la simplicité du modèle de paroi utilisé; les décollements ne sont pas correctement prédits. Le formalisme LES (simulation aux grandes échelles) donne un cadre pour la résolution des grandes échelles turbulentes mais sa mise en oeuvre est compliquée pour des applications réalistes. Les modèles hybrides RANS-LES comme les dérivés de la DES (Detached Eddy Simulation), qui combinent les avantages de ces deux stratégies de modélisation de la turbulence, sont donc plus prometteurs dans le cadre industriel. Le modèle perfectionné ZDES mode 2 (2020) publié récemment est donc implémenté dans ProLB, et sa mise en application en conjonction avec le traitement de paroi amélioré est montrée sur un profil d'aile hypersustenté et une configuration générique d'avion hypersustenté. 

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers
Rapporteur M. Sébastien DECK ONERA
Examinateur M. Damiano CASALINO Delft University of Technology
Examinateur Mme Salvetti MARIA VITTORIA Università di Pisa
20 juillet 2021 - Numerical modeling of an in-vessel ow limiter using an immersed boundary approach / PhD defense Georis Billo
Doctorant : Georis BILLO

Date de soutenance : le 20 juillet 2021 à 9h00 ; Amphi 3 Centrale Marseille

Abstract : In the framework of the development of new passive safety systems for the second and third generations of nuclear reactors, the numerical simulations, involving complex turbulent two-phase  flows around thin or massive in flow obstacles are privileged tools to model, optimize and assess new design shapes. In order to match industrial demands, computational  fluid dynamics tools must be the fastest, most accurate and most robust possible. The purpose of my PhD was to design and develop such a tool.
   The aforementioned constaints tend to rule out a "body-fitted". Indeed, we chose a Fictitious Domain approach to deal with this problem. More precisely, the developed tool involves solving the Navier-Stokes equations using a projection scheme for a mixture fluid coupled with an Immersed Boundary (IB) approach: the penalized direct forcing method - a technique whose characteristics inherit from both penalty and immersed boundary methods - adapted to in finitely thin obstacles and to a Finite Element (FE) formulation. Various IB conditions (slip, no-slip or Neumann) for the velocity on the IB can be managed by imposing Dirichlet values in the vicinity of the thin obstacles. To deal with these imposed Dirichlet velocities, we investigated two variants: one in which we directly use the obstacle velocity and another one in which we use linear interpolation (this last variant being motivated by an increase of the space order of convergence). Several approaches were investigated (directional, mutli-directional and hybrid) for the linear interpolation of the velocity near the obstacle but, in any case, geometrical data coming from the obstacle are needed. Thus, retrieving geometrical data, generally from a Computer Assisted Design (CAD) object, is a key issue and, once again, several methods were studied and compared.
   Another major issue, when dealing with numerical simulations, is validation. First, studies involving various one-phase academic test cases (such as Poiseuille, Taylor-Couette and the  flow around a circular cylinder) were carried out. The results obtained were in good agreement with analytical and experimental data. Moreover, second order accuracy (in space) was numerically assessed when using linear interpolation, as expected. Then, studies involving industrial or quasi-industrial test cases were carried out to illustrates the advantages and drawbacks of this approach.
   In a shortcoming second step, to face two-phase turbulent fluid simulations, some methodology modi cations will be considered such as adapting the projection scheme to low-compressible  fluid and immersed wall-law boundary conditions (another PhD project has begun in october 2020).

Jury :

o   Michel Belliard, CEA Cadarache, ingénieur-chercheur, HDR, encadrant
o   Pierre Sagaut, M2P2 (AMU), professeur, directeur de thèse
o   Cédric Galusinski, IMATH (Université de Toulon), professeur, examinateur     
o   Lisl Weynans, INRIA (Université de Bordeaux), professeure assistant, HDR, rapporteure
o   Stéphane Vincent, MSME (Université Gustave-Eiffel), professeur, rapporteur
o   Barbara Bigot, CEA Cadarache, ingénieur-chercheur, examinatrice