Simulation numérique directe de la turbulence en présence d ... - ISAE

68 Chapitre 3. Présentation du code EVEREST
chimique commençait à sortir du domaine de calcul. La simulation des écoulements turbulents
visqueux compressibles sera cependant en mesure de dissiper cette perturbation, la rendant de
fait moins pénalisante.
• La simulation d’espèces chimiques réactives dans un fluide au repos rend compte de
la capacité du code à simuler les réactions chimiques. En l’occurrence, pour des réactions telles
que la décomposition du dioxygène et la réaction de combustion, les simulations confirment la
bonne représentation du terme de production/destruction chimique ˙ω α dans les équations de
Navier-Stokes (2.15).
• La caractérisation des instabilités de Kelvin-Helmholtz fut l’occasion de valider l’aspect
multi-espèces en présence d’un écoulement de Poiseuille perturbé. Cette vérification fut l’une
des plus contraignantes à réaliser compte-tenu du temps de calcul nécessaire, plus de 400 heures,
pour un temps de simulation de 1 seconde.
À l’issue de ces vérifications, des simulations d’écoulements en présence de paroi ablatable ont
été entreprises, révélant l’influence des caractéristiques de la turbulence sur la hauteur de rugosité
et l’état de surface de la paroi. Néanmoins, à défaut d’une méthode de forçage consistante, les
hauteurs de rugosité atteintes n’excédaient pas 1.4 10 −10 m et ce pour des temps de calcul
d’environ 420h. À défaut de réalisme physique, l’interprétation des résultats fut limitée ce qui
justifia la réalisation de cette nouvelle thèse.
3.1.1.3 Rappel des objectifs
Compte tenu des travaux antérieurs qui viennent d’être rappelés, l’accès à des échelles d’ordre
microscopique s’avère être d’une importance cruciale considérant la taille des rugosités apparues
lors d’essais en ablation ; en effet, concernant la rentrée atmosphérique des véhicules spatiaux
hypersoniques, cette taille est du même ordre de grandeur que l’échelle de Kolmogorov. À la
vue des résultats de Velghe, ces rugosités sont loin d’être faciles à caractériser tant que la
représentativité physique du code n’est pas assurée. C’est pourquoi, il est primordial de garantir
le réalisme physique des écoulements simulés afin que l’interprétation des données issues du
calcul prenne tout son sens.
Dans cette optique, le code EVEREST doit être capable de retranscrire le plus fidèlement
possible ce qui se passe aux plus petites échelles. Nous verrons que la condition sur le raffinement
du maillage nécessaire à une telle modélisation requiert de très grandes ressources informatiques
(mémoire, temps CPU et tailles des données). La réalisation des objectifs précédents s’accompagnera
donc de la réalisation d’objectifs secondaires qui porteront sur l’optimisation des conditions
de calcul.
3.1.2 Principe de fonctionnement
L’exploitation du code EVEREST se décompose en 4 parties : l’initialisation, la boucle
d’intégration en temps, la sortie des fichiers et le traitement statistique des résultats.
3.1.2.1 Initialisation
La diversité des écoulements abordés en situation de milieux réactifs multi-espèces, requiert
une base de données conséquente. Dès lors, la phase d’initialisation consiste en la lecture des
deux fichiers de données suivants :