Simulation numérique des écoulements multi-composants à trois phases par l'approche de Boltzmann sur réseau

多组分的模拟数值和玻尔兹曼方法的三相

• 批准号: RGPIN-2022-03506
• 负责人: Trépanier, JeanYves
• 金额: $ 2.33万
• 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: 2022
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2022-01-01 至 2023-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=754521
• 关键词: Simulation; num; rique; des; coulements

Le programme de recherche vise à étendre le domaine d'applicabilité de l'approche numérique Lattice Boltzmann (LBM) pour la simulation des écoulements multi-composants à changement de phase, en visant principalement l'application aux givrage des drones. Cette recherche contribuera à mieux comprendre le givrage des drones et aidera les organismes de régulation canadiens et les fabricants de ces appareils à développer des drones plus sécuritaires et à mieux encadrer leur utilisation dans des conditions météorologiques difficiles. Le but final est d'étudier numériquement le givrage à l'échelle des gouttelettes. Actuellement, la recherche sur le givrage des drones s'intéresse beaucoup aux matériaux hydrophobes et glaciophobes comme méthodes passives de prévention du givrage. Pour ces matériaux, il est important de modéliser les interactions entre les gouttelettes d'eau et les surfaces lors de l'impact des gouttelettes. Basé sur nos réalisations antérieures et notre expertise dans les approches LBM, nous croyons que ces approches ont un potentiel important en vue de réaliser de telles simulations. Bien que les approches LBM aient énormément progressé durant la dernière décennie, la modélisation et la simulation d'un phénomène aussi complexe qu'un évènement de givrage sur un drone est encore hors de portée. Plusieurs défis subsistent et nous visons par le présent projet à résoudre ces défis afin d'atteindre notre but final. Nous avons donc subdivisé le développement en trois phases, qui seront confiées à trois étudiants au Ph.D. avec les objectifs suivants : Ph.D. 1: Développer un solveur LBM multi-composant en 3D capable de simuler l'impact d'une gouttelette d'eau sur une surface courbe, pour un nombre de Reynolds typique de l'écoulement sur les pales d'un drone. Un des défis sera la simulation stable pour des hauts rapports de densité et des nombres de Reynolds élevés. Nous allons d'abord comparer les méthodes LBM récentes pour les écoulements multi-composants et ensuite réaliser les adaptations nécessaires pour atteindre les conditions souhaitées. Ph.D. 2: Inclure dans le solveur développé par le Ph.D. 1 la solution du champ thermique par une méthode LBM enthalpique capable de simuler le givrage. Développer les algorithmes permettant de modéliser les gouttelettes sur-refroidies, le dégagement de la chaleur latente et le changement de densité lors du givrage. Valider sur des cas expérimentaux. Ph.D.3: Étendre les algorithmes développés en 1) et 2) pour réaliser la simulation d'un évènement de givrage sur un drone. En particulier, étendre les algorithmes pour des simulations multi-échelles sur des maillages cartésiens hiérarchiques adaptatifs, permettant de suivre le déplacement des gouttelettes. Adapter les algorithmes pour des architectures de calcul à haute performance. Réaliser des simulations à l'état de l'art d'un évènement de givrage sur un drone et comparer les formes de glace obtenues pour différents matériaux hydrophobes.

该研究计划旨在探索LBM（LBM）数值方法在模拟多组分相变耦合中的应用领域，主要是应用于无人机。这项研究有助于更好地理解无人驾驶飞机的运输，帮助加拿大管制机构和这些装备的制造者减少无人驾驶飞机和安全设备，并在困难的气象条件下更好地利用这些设备。但最后一个是研究如何给鸡喂食。实际上，研究人员对疏水材料和防冰材料的感兴趣程度很高，这与被动预防方法相似。对于这些材料，最重要的是调节水和水冲击表面之间的相互作用。基于我们在LBM方法中的经验和专业知识，我们认为这种方法在模拟现实化方面具有重要的潜力。由于LBM方法在杜兰特的最后一段时间内进行了规范化，因此，对无人机上的飞行现象进行了建模和模拟。多个辩护人存在，我们对目前的项目的看法是，辩护已经结束，但最终结束。我们可以将发展分为三个阶段，这三个阶段都是Au博士学位的学生所确信的。拥有以下目标：博士学位一曰：设计一个3D LBM多组分解决方案，能够模拟水对表面的影响，用于模拟一个雷诺数典型的水对表面的影响。Un des défis sera la simulation stable pour des hauts rapports de densité et des nombres de Reynolds élevés. Nous allons d'abord comparer les methodes LBM récentes pour les écoulements multi-composants et ensuite réaliser les adaptations nécessaires pour atteindre les conditions souhaitées.博士2：Inclure dans le solveur décilipé par le Ph.D. 1 la solution du champ champagne par une methode LBM puzzique capable de simuler le givrage. Décourse per les algorithmes permettant de modéliser les gouttelettes sur-refroidies，le dégestion de la chaleur latente et le changement de densité lors du givrage.关于这些实验的验证。Ph.D.3：Étendre les algorithmes décubés en 1）et 2）pour réaliser la simulation d'un évènement de givrage sur un drone.特别是，倾向于使用多层次适应性邮件的模拟算法，渗透到Gouttelettes的后续置换中。适配器les算法pour des architectures de calcul à haute performance. Réaliser des simulations à l'état de l'art d'un évènement de givrage sur un drone et compararer les formes de glace obtenues pour different matériaux hydrophobes.