Dynamique d'une interface en présence d'une singularité de contact solide/fluide. - Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Dynamics of an interface involving a solid/fluid contact singularity.

Dynamique d'une interface en présence d'une singularité de contact solide/fluide.

Résumé

The aim of this work is to achieve a physically relevant modeling removing velocity or vorticity singularities which occur at solid/fluid junctions. These singularities are very common in a number of fluid flows (e.g. lid-driven cavity corners, laterally heated liquid bridges, moving contact lines). It is well known that spectral methods are very sensitive to singularities, and exhibit non physical oscillations (Gibbs Phenomenon) in the vicinity of a discontinuity. For this reason, when using such methods, singular boundary conditions have to be replaced by some regular condition obtained by explicitly filtering the discontinuity. It is less known that finite precision methods (e.g. finite differences, finite volumes, finite elements), though allowing to keep the original conditions, introduce some implicit filter depending on the scale of discretization. In a previous work, evidence was brought up that the local scale of filtering can play a determinant role on the global flow structure. It can, for instance, be responsible for symmetry breaking of the solution in full zone liquid bridge simulations. Assuming that physics is regular, there must exist some mechanism that modifies the fluid's behavior in the region where the classical model fails. Two fundamental questions emerge from these considerations. First, what is the length of the small scale at which physics differs. Second, does there exist some macroscopic model which can incorporate these local effects in macroscopic numerical simulations of continuous medium. This thesis is an attempt to address these two questions.
L’objectif de cette thèse a été de montrer qu’il est possible de lever les singularités de vitesse ou de vorticité présentes aux jonctions solide/fluide par une modélisation reposant sur des considérations physiques. Ces singularités interviennent dans un certain nombre de problèmes académiques ou d’écoulements modèles en rapport avec une grande variété de configurations (la cavité entraînée, le pont liquide chauffé latéralement, la ligne de contact mobile). Il est bien connu que les méthodes spectrales sont très sensibles aux singularités, ce qui se traduit par la présence d’oscillations non-physiques (phénomène de Gibbs) au voisinage de la discontinuité. Pour cette raison, pour employer ce type d’approximation numérique, il est nécessaire de remplacer les conditions aux limites singulières par des conditions régulières filtrant explicitement la singularité. Il est moins connu que les méthodes de précision finie (différences finies, volumes finis, éléments finis), qui permettent l’emploi de conditions singulières, introduisent un filtrage implicite de la singularité dépendant de la finesse de résolution spatiale imposée. Des travaux précédents ont montré que l’échelle de filtrage pouvait influencer la structure de l’écoulement à l’échelle globale. Une des principales motivations de cette thèse a pour origine l’observation que la variation de l’échelle de filtrage peut s’accompagner d’une brisure de symétrie de l’écoulement dans les simulations numériques de pont liquide en zone complète. En partant du principe que la physique est régulière, il devrait exister un mécanisme modifiant le comportement du fluide dans la région où le modèle classique est mis en défaut. On est alors amené à formuler deux questions fondamentales. D’une part, quel est l’ordre de grandeur de la petite échelle à laquelle la physique change ? D’autre part, existe-t-il un modèle macroscopique à même de rendre compte de ces effets locaux dans une simulation numérique du milieu continu ?
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  • HAL Id : tel-01390365 , version 1

Citer

Sébastien Nguyen. Dynamique d'une interface en présence d'une singularité de contact solide/fluide.. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne), 2005. Français. ⟨NNT : 2005PA112071⟩. ⟨tel-01390365⟩
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