(S. Zaleski)
Simulation multiphasique
Simulation de l'effondrement de bulle d'air induit par choc dans l'eau. Intensité de l'onde de choc : 100 atm.
La simulation des écoulements multiphasiques présente une série de problématiques qui doivent être traitées de manière spécifique. Dans le groupe on développe des modèles et des outils numériques pour traiter des problèmes où plusieurs phases sont présentes. Le groupe et le Laboratoire en général ont une longue expérience du développemnt de méthodes VOF (Bna et al 2016) auxquelles ont été ajoutées récemment des méthodes de particules Lagrangiennes (Ling, Zaleski et Scardovelli 2015). Ces méthodes sont appliquées à l'atomisation en calculs 2D (Fuster et al 2013) et aux milieux poreux (thèse de B. Lagrée, Arrufat et al 2014). Un nouveau code (parissimulator.sf.net) a été développé depuis 2015 dans l'équipe. Le développement de méthodes conservatives de la quantité de mouvement a amélioré de manière très marquée la robustesse des simulations des fluides incompressibles avec un grand rapport de densité (Ling et al, PRF, 2017).
Le domaine d’application de ces méthodes a été élargi par l'un d'entre nous (Daniel Fuster) pour la simulation des écoulements compressibles. Dans le groupe on développe des méthodes adaptées pour conserver la quantité de mouvement et l’énergie et pour capturer les phénomènes de propagation des ondes dans des milieux multiphasiques ainsi que l’apparition des ondes de choc induites par l'effondrement violent des bulles (Fig. 6.1). Les méthodes utilisées ont été basées sur la formulation « all-Mach ». L’avantage principal de ces méthodes est que l’on converge vers la formulation d’écoulement incompressibles à bas nombre de Mach. Cela nous permet, comme dans le cas de fluides incompressibles, d'augmenter la robustesse de la méthode qui est remarquable par rapport a des résultats montrés dans la littérature toutefois gardant une bonne précision dans des cas test traditionnels des écoulements compressibles.
En parallèle, on a développé des outils numériques et modèles adaptés pour la résolution des phénomènes de propagation multiechelle où la présence de petites bulles a une grosse influence sur la vitesse de phase et l’atténuation de l’onde. Des modèles prenant en compte les effets de transfert de masse (Fuster & Montel, JFM, 2017) et les interactions entre des bulles (Fuster et al, PRE, 2016) montrent que ces effets sont très importants dans certains régimes.
6.2 Cavitation
Le groupe a mis en place une nouvelle technologie pour l’intensification des procedés par implosion de bulles induite par impact. On a pu démontré que cette nouvelle méthode est capable de produire une implosion de bulles intense avec un grand rapport d’échelle. Des bulles centimétriques implosent violemment lors de l’impact du piston. Des bulles micrométriques sont capables d’être excitées après l’impact en générant des jets haute vitesse. De hautes températures et pressions sont générées lors de l’impact (Daou et al. 2017) .
Effondrement d'une bulle produisant un jet à haute vitesse. Intervalle entre les images : 10 microsecondes.