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Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)

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Présentation au sujet: "Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)"— Transcription de la présentation:

1 Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille) Pierre Lubin Laboratoire Transferts, Écoulements, Fluides, Énergétique (Bordeaux) Olivier Kimmoun Laboratoire de Recherche et Développement (Marseille)

2 Le plan de lexposé Introduction générale Méthodes numériques Validation Le déferlement plongeant Conclusions & perspectives

3 Comment est composé notre environnement côtier ? Quelques chiffres : km de côtes km de plages (35 %) km de marais et vasières (24 %) km de côtes rocheuses découpées (28 %) 721 km de falaises (13 %) Certaines zones côtières sont plus sensibles que dautres

4 Comment évolue notre environnement côtier ? 1 – 3 m / an pour la côte aquitaine Plage du Gurp

5 Pourquoi étudier numériquement le déferlement des vagues ? Développer un outil numérique précis et efficace Étude de la structuration de lécoulement / Entraînement de lair Mesures expérimentales et in situ difficiles à réaliser Principale force dans les processus côtiers (courants, transport sédimentaire, etc.)

6 Le plan de lexposé Introduction générale Méthodes numériques Présentation du problème Stratégie La Simulation des Grandes Échelles Modèle et méthodes Validations Le déferlement plongeant Conclusions & perspectives

7 La houle se propage et se transforme à lapproche du rivage

8 Quels sont les objectifs et quelle stratégie de modélisation ? Écoulement : diphasique chaotique tridimensionnel Description dun écoulement avec interface Déconnexion / reconnexion Grande variabilité déchelles à décrire Instationnaire Turbulent

9 De nombreuses références font état de progrès significatifs dans les méthodes numériques Modèles numériques : Modèles Boussinesq Navier-Stokes Méthodes de suivi dinterface : Marker-And-Cell (MAC) Volume Of Fluid (VOF – CIAM) Level Set Description de la turbulence : Simulation Numérique Directe (DNS) Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) Simulation des Grandes Échelles

10 La Simulation des Grandes Échelles est basée sur la notion de séparation des échelles spatiales de lécoulement Grandes structures de lécoulement porteuses dénergie Petites structures dissipatives Jet turbulent

11 La séparation des échelles spatiales de lécoulement est réalisée par lutilisation dun maillage Grandes structures de lécoulement simulées Effet des petites structures modélisé Jet turbulent

12 Les équations constitutives du modèle sont basées sur lhypothèse dincompressibilité Conservation de la quantité de mouvement Conservation de la masse Équation dadvection Modèles de fermeture : Smagorinsky / Échelles Mixtes Zhao & Tanimoto (1998), Watanabe & Saeki (1999), Mutsuda & Yasuda (2000), Christensen (2001, 2006), Zhao et al. (2004), Hieu et al. (2004, 2006), Lubin (2004, 2006)

13 Une grille plus fine est utilisée pour un meilleur suivi de linterface Grille de discrétisation Pression Vitesse Fonction couleur Grille standard MAC Grille HAREM

14 Le plan de lexposé Introduction générale Méthodes numériques Validation Propagation dune onde solitaire sur un récif immergé Le déferlement plongeant Conclusions & perspectives

15 Le plan de lexposé Introduction générale Méthodes numériques Validation Le déferlement plongeant Méthode et conditions initiales Processus du déferlement plongeant Conclusions & perspectives

16 La houle régulière est générée dans le domaine numérique grâce à un terme source Terme source (S(x,z,t) > 0)Terme source (S(x,z,t) < 0) Houle de Stokes 5 ème ordre solution analytique Fenton (1985) Lin & Liu (1999) Conservation de la masse

17 La houle régulière est générée dans le domaine numérique grâce à un terme source

18 Les expériences ont été réalisées dans un canal à houle vitré Schéma du canal à houle expérimental.

19 Une houle régulière a été générée Conditions initiales : d = m T = 1.3 s a = 0.07 m L = 2.5 m H b = m x b m / m Déferlement spilling / plunging Exemple de champs de vitesse expérimental

20 (w1) x 1 = m (w2) x 2 = m (w3) x 3 = m (w4) x 4 = m Le déferlement débute par une courte phase de spilling

21 (w5) x 5 = m (w6) x 6 = m (w7) x 7 = m (w8) x 8 = m Un cycle de splash-ups successifs est observé

22 (w9) x 9 = m (w10) x 10 = m (w11) x 11 = m (w12) x 12 = m Le déferlement se finit en swash dans le haut de plage

23 La configuration expérimentale est reproduite numériquement Conditions initiales : d = m T = 1.3 s a = 0.07 m L = 2.5 m points Schéma du canal à houle numérique. Terme source

24 Conditions initiales : d = m T = 1.3 s a = 0.07 m L = 2.5 m points Schéma du canal à houle numérique. Couche poreuse Terme source La configuration expérimentale est reproduite numériquement

25 Le déroulement général du déferlement est comparé (w1) x 1 = m (w2) x 2 = m (w3) x 3 = m (w4) x 4 = m

26 (w5) x 5 = m (w6) x 6 = m (w7) x 7 = m (w8) x 8 = m Le déroulement général du déferlement est comparé

27 (w9) x 9 = m (w10) x 10 = m (w11) x 11 = m (w12) x 12 = m Le déroulement général du déferlement est comparé

28 Conditions initiales : d = m T = s a = m L = 2.41 m Une nouvelle configuration expérimentale est en cours détude

29 Conditions initiales : d = m T = s a = m L = 2.41 m points Schéma du canal à houle numérique. Couche poreuse Terme source La nouvelle configuration expérimentale est reproduite numériquement

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31 Le déferlement est un phénomène 3D…

32 Létude 3D est en cours… Conditions initiales : d = m T = 1.3 s a = 0.07 m L = 2.5 m points Couche poreuse Terme source

33 Létude 3D est en cours…

34 Conclusions & perspectives Turbulence Structuration de lécoulement Quantités moyennées par phase Quantités fluctuantes Passage au 3D Améliorer la description de linterface Réduire le temps de calcul…

35 Dautres configurations sont à létude…

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