Modélisation et simulation numérique multi-physique et multi-échelle en mécanique des fluides

流体机械的多物理和多物理建模与模拟

• 批准号: RGPIN-2016-06427
• 负责人: Trépanier, JeanYves
• 金额: $ 3.35万
• 依托单位: École Polytechnique de Montréal
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2019-01-01 至 2020-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=689329
• 关键词: Mod; lisation; et; simulation; num

Les plasmas thermiques sont rencontrés dans plusieurs systèmes d'ingénierie incluant les torches à plasma utilisées pour la projection de particules; la propulsion par plasma utilisée sur les satellites; les disjoncteurs haute-tension dont le principe de coupure repose sur un arc électrique stabilisé, soufflé et éteint par un écoulement gazeux. Les instabilités dues à la turbulence limitent la performance de ces systèmes et une meilleure compréhension de l'écoulement dans ces conditions est essentielle à l'amélioration des designs. La difficulté dans la simulation de l'écoulement des plasmas thermiques tient au couplage des physiques multiples en jeu, incluant un écoulement transsonique, des réactions chimiques, du rayonnement, des sources ohmiques, des forces magnétiques et des interactions avec les parois qui s'érodent. Nous avons développé depuis 25 ans une expertise en modélisation et simulation numérique pour l'application aux disjoncteurs haute-tension. Cette expertise s'est concrétisée par le développement de notre propre solveur en volumes finis pour les écoulements 2D-axisymétriques de plasmas thermiques, solveur qui est utilisé quotidiennement pour le design des disjoncteurs par un partenaire industriel.***Le but du programme de recherche est de développer les bases d'une nouvelle génération de solveurs 3D multi-physiques afin d'améliorer de manière significative la fidélité de la simulation et ainsi aider à comprendre ces écoulements complexes. En comparaison à notre propre solveur et à la majorité des logiciels commerciaux de CFD qui sont en général d'ordre 2, une capacité d'ordre élevé, soit 4 ou 5 est estimée nécessaire pour améliorer les prédictions. Un ordre plus élevé permettra de minimiser la diffusion numérique et de mieux simuler les écoulements turbulents instationnaires et les couplages multi-physiques. ***à la base, nous allons développer un solveur 3D en volumes finis, avec les flux calculés à ordre élevé. Par la suite, nous allons coupler la méthode des volumes finis et l'approche cinétique de Boltzmann pour permettre un meilleur calcul des flux dans les cas de physique complexe. La turbulence sera traitée par une approche de type grandes échelles LES, ainsi que le couplage turbulence-champ-magnétique-rayonnement. Nous visons une solution efficace et précise des différentes échelles de temps et d'espace par l'utilisation d'une adaptation en espace par raffinement des maillages, et en temps via des pas de temps locaux. De plus, l'implémentation sera faite de manière à optimiser l'utilisation des ordinateurs hautement parallèles en vue de diminuer le temps de calcul. ***Les nouvelles capacités d'investigation fournies par ces nouveaux modèles numériques permettront une analyse beaucoup plus fidèle des interactions entre l'arc et l'écoulement et ceci sera démontré en comparant les nouveaux résultats aux données expérimentales et à nos modèles antérieurs.**

这些等离子体在多个工程系统中相互作用，包括利用等离子体发射粒子的火炬;利用等离子体在卫星上的推进;利用电弧稳定性、波纹性和惰性气体的阻力原理。由于湍流引起的不稳定性限制了这些系统的性能，并且在这些条件下对耦合的改善至关重要。 等离子体耦合模拟的难点在于多重物理耦合的Au耦合，包括跨音速耦合、化学反应、辐射耦合、欧姆源耦合、磁力耦合以及与周围环境的相互作用。我们将在25岁时获得一项专门知识，用于模拟和数值模拟，以应用于不对称高压。这一专门知识具体体现在我们对等离子体二维轴对称计算的研究中，解决方案可用于工业合作伙伴的设计。*该研究计划旨在为3D多体解算器的新生成奠定基础，因为这一新生成的3D多体解算器具有许多重要意义，包括模拟的可靠性以及对复杂的计算的帮助。通过比较我们的专业解决方案和CFD商业逻辑的主要部分，其中一般为2级，具有4级或5级的能力，估计需要改进预测。Un ordre plus élevé permettra de minimiser la diffusion numérique et de mieux simuler les écoulements constationnaires et les couplages multi-physiques. *à la base，nous allons déspeaker un solveur 3D en volumes，avec les flux calculés à ordre élevé.在这一套中，我们可以将玻尔兹曼的卷方法和近似电影方法结合起来，以便在物理学的情况下进行通量的最佳计算。湍流是由一种大规模的电子设备所产生的，因为耦合耦合是强磁辐射。Nous visons une solution efficace et précise des différentes écourse de temps et d'espace par l'utilisation d'une adaptation en espace par raffinement des maillages，et en temps via des pas de temps locaux.此外，在减少计算时间的情况下，该实施方式可以使协调员的使用更加优化。* Les nouvelles capacités d 'investigation fournies par ces nouveaux modèles numériques permettront une analyze beaucoup plus fidèle des interactions entre l' arc et l 'écoulement et ceci sera démontré en comparant les nouveaux résultats aux données expérimentales et à nos modèles antérieurs.**