Simulation numérique des écoulements unidimensionnels instationnaires avec autovaporisation

• Main Author: Faucher, Eric
• Language: fra
• Published: Université Paris XII Val de Marne 2000
• Subjects: [PHYS:MECA:MEFL] Physics/Mechanics/Mechanics of the fluids; [PHYS:MECA:MEFL] Physique/Mécanique/Mécanique des fluides; [SPI:MECA:MEFL] Engineering Sciences/Mechanics/Fluids mechanics; [SPI:MECA:MEFL] Sciences de l'ingénieur/Mécanique/Mécanique des fluides; Autovaporisation; écoulements diphasiques; écoulements unidimensionnels; modèle homogène; système non-linéaire; système hyperbolique; méthodes volumes finis; schémas décentrés; solveur de riemann; pas fractionnaire
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01026372; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/01/02/63/72/PDF/These_Eric_FAUCHER.pdf

Afin d'étudier le comportement des organes de robinetterie, notamment des soupapes de sûreté à ressort, en conditions accidentelles, on s'est intéressé à la simulation des écoulements avec autovaporisation. Ces écoulements diphasiques sont susceptibles d'être rencontrés dans toute installation industrielle utilisant des liquides sous pression. Dans le cas de l'ouverture d'une soupape, la dynamique du clapet est particulièrement sensible aux variations de la pression sous celui-ci. Il est donc indispensable de pouvoir simuler précisément des transitoires très rapides. Cette recherche a été menée selon deux axes : 1°) La modélisation physique du mécanisme de vaporisation par dépressurisation. 2°) La simulation numérique des modèles dans le cas d'écoulements fortement instationnaires. D'un point de vue physique, deux modèles d'autovaporisation ont été étudiés ; le modèle homogène relaxé (HRM), proposé par Bilicki et al., et le modèle développé par Jones et al.. Ils supposent tous les deux l'égalité des pressions et des vitesses dans les phases liquide et gazeuse, et que la vapeur apparaît dans les conditions de saturation. Une comparaison des résultats de ces modèles a été effectuée dans le cas d'écoulements stationnaires, en s'appuyant sur les données expérimentales mesurées sur la boucle Super Moby-Dick du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) de Grenoble. Concernant l'aspect numérique, Il est à noter que les systèmes d'équations obtenus sont inconditionnellement hyperboliques, mais non conservatifs dans le cas unidimensionnel, à cause de la présence des termes de variation de la section en espace et en temps. Des schémas numériques de type Volumes Finis ont donc été développés pour prendre en compte la présence de termes sources raides, et l'utilisation de lois d'état complexes pour des fluides réels. Une attention particulière a été portée sur le calcul des conditions aux limites. Trois schémas numériques ont été testés, VFROE en variables non conservatives, le schéma de Rusanov, et une version modifiée du schéma de Roe. Une étude comparative détaillée des performances de chaque schéma a été menée pour des écoulements instationnaires et stationnaires gazeux, liquides et diphasiques. Elle met en évidence que le schéma VFROE-ncv est le plus précis, et que le schéma de Rusanov est le plus robuste. Une stratégie combinant ces deux schémas est donc envisagée.