Étude du couplage écoulement/mouvement pour des corps solides ou à déformation imposée par résolution des équations de Navier-Stokes (contribution à la modélisation numérique de la cavitation)

摘要

On s'intéresse dans ce travail de thèse à l'ajout de deux phénomènes physiques qui se couplent à la résolution des équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds. Le premier concerne les mouvements de corps solides ou déformables à déformation imposée. Les différentes méthodes numériques spécifiques pour mener à bien de telles simulations sont exposées : résolution du Principe Fondamental de la Dynamique, stratégies de remaillage, couplage écoulement/mouvement, discrétisation des équations,... Plusieurs applications sont ensuite présentées, principalement dans le domaine hydrodynamique (tenue à la mer, impact sur une surface libre, écoulement autour d'une palette d'aviron). Une application plus orientée vers la biohydrodynamique, intégrée au Projet Interdisciplinaire de Recherche ROBEA, montre une étude mettant en jeu un corps déformable. Ainsi, les premiers calculs tridimensionnels recensés couplant la résolution du Principe Fondamental de la Dynamique avec celle des équations de Navier-Stokes sur un robot-anguille auto-propulsé sont décrits dans ce mémoire. Le second apport en terme de nouveaux phénomènes physiques concerne la modélisation numérique de la cavitation. Cette extension des écoulements multi-phases a consisté à intégrer un modèle de production-destruction de vapeur sans recourir à de lourdes modifications dans le solveur Navier-Stokes. Les premiers résultats ainsi que les dificultés numériques de résolution sont exposés. Pour s'affranchir de ces problèmes numériques, une nouvelle formulation offrant un couplage plus fort entre les différentes variables est finalement proposée