L’objectif de cet ouvrage est de décrire les fondements théoriques de la méthode des volumes finis qui est aujourd’hui reconnue, à bien des égards, comme étant la méthode de choix pour la simulation numérique en mécanique des fluides. Il s’adresse principalement aux étudiants de master ou d’écoles d’ingénieurs qui souhaitent s’initier aux principes de la simulation numérique en mécanique des fluides basée sur la méthode des volumes finis. Après une introduction sur l’essor et les enjeux de la simulation numérique, les équations de conservation en mécanique des fluides sont rappelées. L’ouvrage introduit ensuite les concepts de base de la méthode des volumes finis et aborde la notion de maillage (maillage structuré, multibloc, non-structuré, non-conforme,…). L’équation de transport d’une quantité scalaire est utilisée comme équation modèle et la discrétisation de chacun de ses termes (terme temporel, terme diffusif, terme convectif et terme source ou puits) est détaillée. Une attention particulière est portée sur les notions fondamentales comme l’ordre de précision, la stabilité et la convergence des schémas numériques. La discrétisation des équations de Navier-Stokes incompressibles en variables primitives est ensuite abordée en détail. Un chapitre spécifique est consacré à l’implémentation des différents types de conditions aux limites. Ce Tome 1, résolument axé sur la mise en œuvre pratique de la méthode des volumes finis dans des géométries simples, est une introduction très didactique qui ouvrira le lecteur à des concepts plus avancés développés dans le Tome 2. Sommaire CHAPITRE I. INTRODUCTION CHAPITRE II. ÉQUATIONS DE CONSERVATION EN MÉCANIQUE DES FLUIDES Chapitre III. LES COMPOSANTES DE LA RÉSOLUTION D'UN PROBLÈME DE SIMULATION CHAPITRE IV. LA MÉTHODE DES VOLUMES FINIS CHAPITRE V. LES MAILLAGES POUR LA MÉTHODE DES VOLUMES FINIS CHAPITRE VI. DISCRÉTISATION SPATIALE DU TERME DIFFUSIF CHAPITRE VII. DISCRÉTISATION SPATIALE DU TERME CONVECTIF CHAPITRE VIII. DISCRETISATION TEMPORELLE CHAPITRE IX. DISCRÉTISATION DU TERME SOURCE OU DU TERME PUITS CHAPITRE X. DISCRÉTISATION D’UNE ÉQUATION DE TRANSPORT GÉNÉRALE CHAPITRE XI. IMPLÉMENTATION DES CONDITIONS AUX LIMITES CHAPITRE XII. ASSEMBLAGE MATRICIEL ET SYSTÈME LINÉAIRE CHAPITRE XIII. SOLUTIONS DES SYSTÈMES D’ÉQUATIONS LINÉAIRES CHAPITRE XIV. RÉSOLUTION DES ÉQUATIONS DE NAVIER-STOKES INCOMPRESSIBLES RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES INDEX TABLE DES MATIÈRES

Ce deuxième ouvrage approfondit les concepts introduits dans le tome 1. L’accent est notamment porté sur le cas des géométries complexes utilisant des maillages non-orthogonaux ou non structurés. La discrétisation complète par la méthode des volumes finis d’une équation de transport générique est détaillée pour ce type de maillages. Lorsque l’équation de transport est hyperbolique, la mise en œuvre des schémas TVD est présentée. Dans le cadre de la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles, nous présentons les algorithmes de couplage vitesse-pression les plus utilisés : SIMPLE, SIMPLER, SIMPLEC, PISO, différentes méthodes de Projection et la méthode du lagrangien augmenté [MLA]. Cet ouvrage aborde aussi la résolution des équations de Navier-Stokes compressibles par une approche Pressure based solver [PBS] en généralisant l’algorithme de couplage vitesse-pression SIMPLE dans un contexte compressible. Ce tome 2 aborde aussi de nouvelles notions comme la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles en formulation vorticité-fonction de courant, la résolution des écoulements axisymétriques, la gestion des maillages multiblocs et les méthodes multigrilles pour la résolution des systèmes linéaires. Ce tome 2 s’achève avec des notions cruciales en CFD sur le contrôle des erreurs et des incertitudes ainsi que la vérification et la validation de la solution numérique. Un accent particulier est porté sur l’importance des bonnes pratiques à suivre en CFD lors de la résolution d’un problème.

La méthode des éléments finis, apparue dans les années 1950 pour traiter des problèmes de mécanique des structures, a connu depuis lors un développement continu. Faisant intervenir des modèles d’équations aux dérivées partielles, elle est aujourd’hui présente dans tous les domaines d’application comme la mécanique, la physique, la chimie, l’économie et la finance ou la biologie. Elle est aussi utilisée dans la plupart des logiciels de calcul scientifique et de nombreux ingénieurs y sont confrontés dans le cadre de leur activité de modélisation et de simulation numérique. Cet ouvrage présente de façon progressive et didactique tous les éléments essentiels de la méthode des éléments finis : les fondements théoriques, les considérations pratiques de mise en oeuvre, les algorithmes ainsi que des illustrations numériques réalisées avec MATLAB. Des exercices originaux avec corrigés sont proposés à la fin de chaque chapitre.

Qu’il s’agisse d’applications en physique ou en mécanique, en médecine ou en biologie, mais aussi en économie, dans les médias et en marketing, ou encore dans le domaine des finances, la traduction phénoménologique du système étudié conduit très souvent à la résolution d’équations différentielles ou aux dérivées partielles. Incontestablement, ce sont les éléments finis qui ont bouleversé le monde de l’approximation numérique des équations aux dérivées partielles. Cet ouvrage est composé de deux parties : la première est un abrégé de cours portant sur les outils de base de l’analyse mathématique des équations aux dérivées partielles et la seconde contient des problèmes corrigés qui abordent l’approximation par éléments finis des formulations variationnelles des problèmes aux limites elliptiques. Des applications en mécanique des solides déformables, à la résistance des matériaux, en mécanique des fluides et en thermique ainsi que quelques problèmes non linéaires y sont présentés.Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en sciences et techniques de l'ingénieur des universités et des grandes écoles.

Systèmes multi-échelles est une introduction à la problématique des systémes multi-échelles du point de vue du mathématicien appliqué. Il se compose d'une mosaique d'exemples de problèmes issus de la physique au sens large qui présentent pour leur modélisation et leur simulation cette difficulté essentielle de comporter en leur sein des échelles de temps ou d'espace très différentes.

LE TRAVAIL PRESENTE ICI ENTRE DANS LE CADRE GENERAL DU DEVELOPPEMENT DE METHODES NUMERIQUES PERFORMANTES POUR LA RESOLUTION DES PROBLEMES DE THERMIQUE ET D'ECOULEMENTS EN GEOMETRIES COMPLEXES. NOUS AVONS CHOISI POUR CELA D'UTILISER L'APPROXIMATION DIFFUSE QUI EST UNE TECHNIQUE PERMETTANT D'ESTIMER LES DERIVEES D'UN CHAMP A PARTIR DE SES VALEURS AUX NUDS D'UN NUAGE DE POINTS. SON AVANTAGE PRINCIPAL RESIDE DANS LE FAIT QU'ELLE NE NECESSITE PAS DE MAILLAGES EN ELEMENTS FINIS GEOMETRIQUES. A L'HEURE ACTUELLE, IL N'EXISTE PAS DE TRAVAUX UTILISANT CETTE APPROXIMATION POUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS QUI REGISSENT LES ECOULEMENTS. L'UN DE NOS OBJECTIFS EST DONC DE MONTRER QU'UNE TELLE APPROCHE PEUT ETRE SUIVIE. POUR CELA NOUS AVONS UTILISE L'APPROXIMATION DIFFUSE COMME UNE METHODE DE DIFFERENCES FINIES GENERALISEES. AFIN DE CERNER LA PRECISION DE CETTE METHODE, UNE COMPARAISON SYSTEMATIQUE EST EFFECTUEE AVEC UNE METHODE AUX ELEMENTS FINIS. LA MISE EN UVRE D'UNE METHODE DE COLLOCATION A L'ORDRE DEUX UTILISANT L'APPROXIMATION DIFFUSE EST D'ABORD EXPLICITEE SUR LES PROBLEMES DE CONDUCTION EN REGIME STATIONNAIRE INSTATIONNAIRE, BIDIMENSIONNEL ET TRIDIMENSIONNEL. LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE LA CONVECTION NATURELLE ET FORCEE DANS LA FORMULATION FONCTION DE COURANT-VORTICITE EST ENSUITE ABORDEE. DES EXEMPLES SUR DES CAS ACADEMIQUES NOUS PERMETTENT ALORS DE MONTRER LES QUALITES ET LA PRECISION DE CETTE METHODE. LA DERNIERE PARTIE DU MANUSCRIT PRESENTE ENFIN QUELQUES TYPES DE PROBLEMES OU LES PARTICULARITES DE L'APPROXIMATION DIFFUSE DEVRAIENT LUI PERMETTRE DE SE MONTRER PARTICULIEREMENT PERFORMANTE EN GEOMETRIES COMPLEXES. ON Y TRAITE DE LA PRISE EN COMPTE DE LA COUCHE LIMITE PAR RAFFINEMENT DE MAILLAGE. UN PROBLEME DIFFUSIF POSSEDANT UNE ZONE A FORT GRADIENT, NON CONNUE A PRIORI, EST ENSUITE RESOLU GRACE A L'ESTIMATION DES DERIVEES SUR UN PREMIER MAILLAGE LACHE ET A DES OPERATIONS SUCCESSIVES DE RAFFINEMENT DU NUAGE DE POINTS. NOUS AVONS D'AUTRE PART VERIFIE LA POSSIBILITE DE REALISER LES OPERATIONS DE PROLONGATION POUR LES TECHNIQUES MULTIGRILLES EN GEOMETRIES COMPLEXES EN UTILISANT UNE INTERPOLATION BASEE SUR L'APPROXIMATION DIFFUSE. ENFIN, UN DERNIER CAS EVOQUE DE FACON SCHEMATIQUE LES DIFFICULTES RENCONTREES PAR LES TECHNIQUES AUX ELEMENTS FINIS POUR TRAITER LES PROBLEMES DES FRONTIERES MOBILES. POUR CE DERNIER TYPE DE PROBLEME, LA POSSIBILITE QU'OFFRE L'APPROXIMATION DIFFUSE DE SE PASSER D'ELEMENTS GEOMETRIQUES SEMBLE ETRE UN ATOUT INCONTESTABLE