Robert MOSE, Quentin ARAUD, José VAZQUEZ , Pascal FINAUD-GUYOT

Présentation au sujet: "Robert MOSE, Quentin ARAUD, José VAZQUEZ , Pascal FINAUD-GUYOT"— Transcription de la présentation:

1 Simulation des inondations en milieu urbain lors d’un évènement pluvieux extrême
Robert MOSE, Quentin ARAUD, José VAZQUEZ , Pascal FINAUD-GUYOT IMFS (CNRS, Université de Strasbourg, ENGEES, INSA Strasbourg)

2 Contexte Prévisions des hauteurs d’eau et des débits (PPRI)
Ecoulements complexes et assez peu étudiés Outils informatiques peu validés Inondation Liège en juin 2008 04/12/2012

3 Objectifs Numérique Expérimental Validation numérique
Disposer d’un outil numérique prédictif des écoulements urbains Expérimental Disposer de données expérimentales de référence pour la compréhension des écoulements et la validation des modèles numériques Validation numérique Définir les domaines de validité des outils 04/12/2012

4 Plan de la présentation
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Validation des outils numériques Conclusions et perspectives 04/12/2012

5 Plan de la présentation
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Validation des outils numériques Conclusions et perspectives 04/12/2012

6 Outil développé au laboratoire
Equation de Barré de Saint-Venant 2D Eléments finis Discontinuous Galerkin 04/12/2012

7 Code 2D - Equation de BSV 2D Conservation de la masse et de la quantité de mouvement
04/12/2012

8 La discrétisation spatiale : éléments finis discontinus
U(x,y) = a x + b y + c U3 04/12/2012

9 Développements réalisées
Nouveau limiteur de pente Intégration des flux numériques Well-balanced EigenVector Reconstruction Théorie (adaptée des travaux de GUINOT en volumes finis) Résultats 04/12/2012

10 EigenVector Reconstruction
Runge Kutta 2 EVR n n+1 04/12/2012

11 1ère étape : Projection Projection dans le référentiel de l’interface
Projection dans la base des vecteurs propres 3 vecteurs propres 04/12/2012

12 1ère étape : 04/12/2012

13 2nd étape : la reconstruction
VLn+1/2 l (3) t = n+1/2 l (1) a (3)=cst n ξc ξ0 ξ h(tn, ξ 0) h(tn, ξ c) Maille i Maille j 2 2 04/12/2012

14 Récapitulatif Reconstruction de VLn+1/2 et VRn+1/2 (à partir de hL et hR) Calcul du flux numérique Calcul de Un+1 en une seule opération => moins d’opérations => plus stable 04/12/2012

15 Développements réalisées
Nouveau limiteur de pente Intégration des flux numériques Well-balanced EigenVector Reconstruction Théorie Résultats 04/12/2012

16 Rupture de barrage 1D x0 X z 10 m 1 m 200 m 04/12/2012

17 Rupture de barrage 1D 04/12/2012

18 Rupture de barrage sur fond sec
04/12/2012

19 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Validation des outils numériques Conclusions et perspectives 04/12/2012

20 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Présentation du dispositif Expériences réalisées Conclusions et perspectives Validation des outils numériques 04/12/2012

21 Pilote inondation Modèle réduit à l’échelle du quartier
Limite de la biblio Réponse proposée Interactions entre les carrefours dans un quartier Données expérimentales à l’échelle du quartier Modèle réduit à l’échelle du quartier Gestions complexes et peu flexibles des conditions aux limites Contrôle des conditions à la limites Banc expérimental flexible 04/12/2012

22 Présentation du dispositif
04/12/2012

23 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Présentation du dispositif Expériences réalisées Conclusions et perspectives Validation des outils numériques 04/12/2012

24 Répartition des débits
Grandeurs étudiées Répartition des débits Hauteur d’eau 04/12/2012

25 Expériences et notation
70 m3/h Régime permanent Pente faible Débit total injecté 10 m3/h – 100 m3/h Condition d’injection 0 % - 100% Sortie libre Configuration 10.3 10 x 10 m3/h.3 x 10% 30 m3/h 04/12/2012

26 Expériences réalisées - influence du débit total injecté
Injection Mesures 1.5 10 m3/h 50 % Q 2.5 20 m3/h Q et h 6.5 60 m3/h 8.5 80 m3/h 10.5 100 m3/h 04/12/2012

27 Répartition des débits
Analyse des résultats Répartition des débits Globale Locale Hauteur d’eau Globale Locale 04/12/2012

28 Répartition des débits à l’échelle du quartier
Expérience QEst Qsud 1.5 38,9 % 61,1 % 2.5 39,3 % 60,7 % 6.5 40,3 % 59,7 % 8.5 40,5 % 59,5 % 10.5 40,9 % 59,1 % QEst Qsud 04/12/2012

29 Répartition des débits
Analyse des résultats Répartition des débits Globale Locale Hauteur d’eau Globale Locale 04/12/2012

30 Répartition des débits à l’échelle de la rue
1.5 2.5 6.5 8.5 10.5 04/12/2012

31 Répartition des débits
Analyse des résultats Répartition des débits Globale Locale Hauteur d’eau Globale Locale 04/12/2012

32 Hauteur d’eau Hauteur d’eau pour la configuration 2.5
10.5 04/12/2012

33 Hauteur d’eau 04/12/2012

34 Hauteur d’eau globale 1,35 04/12/2012

35 Répartition des débits
Analyse des résultats Répartition des débits Globale Locale Hauteur d’eau Globale Locale 04/12/2012

36 Hauteur d’eau à l’échelle de la rue
Configuration 2.5 Configuration 10.5 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 04/12/2012

37 Différence de hauteur 04/12/2012

38 Hauteur d’eau normalisée
04/12/2012

39 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Présentation du dispositif Expériences réalisées Conclusions et perspectives Validation des outils numériques 04/12/2012

40 Bilan Caractérisation du fonctionnement du quartier
Mise en évidence d’invariants Prépondérance des effets dans les carrefours Importance des pertes de charges singulières Faible influence des conditions d’injection sur la répartition des débits  Lien apparaît entre échelle locale et globale 04/12/2012

41 Perspectives Mesures des vitesses
Influences des conditions à la limite aval Ecoulements en régime torrentiel Influence de la géométrie 04/12/2012

42 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Validation des outils numériques Conclusions et perspectives 04/12/2012

43 Outils numériques testés
2 types de code testés : Code 3D : Ansys-Fluent  Code 2D : Neptune 2D 04/12/2012

44 Ansys-Fluent  Reynolds Averaged Navier Stokes equations
Modèle de turbulence k- VOF mailles 04/12/2012

45 Ansys-Fluent  30/11/2012 Araud, Q. - Simulation des inondations en milieu urbain lors d'un évènement pluvieux extrême

46 Conditions à la limite Conditions d’entrée : Vitesse imposée
Conditions de sortie : Pression imposée 04/12/2012

47 Neptune 2D Formule de Manning Strickler Ks = 80 m1/3s-1 20 000 mailles
04/12/2012

48 Comparaison avec Ansys-Fluent 
Hauteur d’eau calculée avec Ansys-Fluent pour la configuration 10.5 Ecarts entre l’expérimental et le numérique pour la configuration 10.5 Hauteur d’eau expérimentale pour 10.5 Hauteur d’eau expérimentale pour la configuration 10.5 Ecart relatif entre le numérique et l’expérimental 04/12/2012

49 Comparaison avec Neptune 2D
Hauteur d’eau calculée avec Neptune 2D pour la configuration 10.5 Hauteur d’eau expérimentale pour la configuration 10.5 Ecart entre l’expérimental et le numérique 04/12/2012

50 Comparaison pour la configuration 10.5
Rue 4 Rue A 04/12/2012

51 Comparaison pour la configuration 2.5
Rue 4 Rue A 04/12/2012

52 Répartition des débits 10.5
04/12/2012

53 Répartition des débits 2.5
04/12/2012

54 Discussion – Pression hydrostatique
Ecarts entre la pression et la pression hydrostatique pour la configuration 10.5 Ecarts entre la pression et la pression hydrostatique pour la configuration 2.5 04/12/2012

55 Zone de recirculation Profils de vitesse simulés
Profil de vitesse avec Ansys-Fluent 3D Profil de vitesse avec Neptune 2D Echelle des vitesses 04/12/2012

56 Bilan Ecarts d’Ansys-Fluent  de l’ordre de 10 %
Ecarts Neptune 2D dépend des débits injectés 10 % pour un débit total de 20 m3/h plus de 20 % pour des débits supérieurs 04/12/2012

57 Bilan Effets des pressions non-hydrostastiques
Mauvaise représentation des zones de recirculation Absence de modèle de turbulence 04/12/2012

58 PLAN DE LA PRESENTATION
Développement d’un outil numérique Pilote inondation Validation des outils numériques Conclusions et perspectives 04/12/2012

59 Conclusions (numérique)
Mise au point de l’outil de modélisation Neptune 2D Plus rapide Plus stable Well-balanced Validation qualitative avec l’expérimental 04/12/2012

60 Conclusions (expérimental)
Mise en place d’un modèle réduit Données de validation Régime d’écoulement particulier à l’échelle du quartier Mise en évidences d’invariants Lien entre échelle locale et l’échelle globale 04/12/2012

61 Conclusions (validation)
Validation des outils numériques Ecarts avec Ansys-Fluent de l’ordre de 10% Ecarts pour Neptune 2D entre 10% et 20 % en fonction des débits injectés 04/12/2012

62 Perspectives (numériques)
Comparaison de Neptune 2D avec des codes volumes finis Ajout d’un modèle de turbulence 04/12/2012

63 Perspectives (expérimental)
Mesures de vitesses Influence des conditions aux limites aval Ecoulements torrentiels Nouvelles géométries 04/12/2012

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