L'objectif de cette thèse est d'apporter une contribution à la modélisation des écoulements de fluides compressibles et peu compressibles en utilisant le code de calcul kiva-ii. La première partie est consacrée à l'aspect théorique du problème, conduisant à une formulation mathématique adéquate. On y montre notamment les difficultés de la résolution numérique des équations de Navier-Stokes dans le cas des écoulements de fluides dits peu compressibles (écoulements à faible nombre de mach). Ces difficultés sont dues essentiellement à la grande disparité qu'il y a entre le temps caractéristique de la propagation des ondes acoustiques et celui lié à la convection. Une méthode est alors développée, elle consiste à utiliser l'hypothèse de faible nombre de mach pour éliminer les ondes acoustiques présentes dans l'écoulement et qui sont sans intérêts dans ce cas. Dans la deuxième partie, nous avons abordé l'étude des différentes méthodes numériques utilisées dans le code kiva-ii, ainsi que la caractérisation des algorithmes de résolution dont ils font appel. Une discussion concernant ce code, et les principales modifications dont il a fait l'objet sont présentées dans la troisième et la quatrième partie. La cinquième partie est consacrée à la présentation des cas tests que nous avons traités pour valider les différentes méthodes adoptées. Dans la sixième partie, nous avons abordé les modèles physiques pour la turbulence. Trois modèles de fermeture (modèle longueur de mélange, modèle à une équation de transport et modèle à deux équations de transport) sont alors étudiés et comparés

L'OBJET DE CETTE THESE EST DE CONCEVOIR UNE METHODE NUMERIQUE CAPABLE DE SIMULER DES JETS LIQUIDES A HAUTE VITESSE AINSI QUE LEUR IMPACT SUR UN MATERIAU A USINER. NOUS PROPOSONS D'UTILISER UNE APPROCHE QUASI-CONSERVATIVE AINSI QU'UN SCHEMA ROBUSTE (LE SCHEMA HLL) AFIN D'OBTENIR UN CODE S'AFFRANCHISSANT DES OSCILLATIONS NUMERIQUES QUI PEUVENT APPARAITRE AUX INTERFACES. LE MEME TYPE DE PROBLEME PEUT SE PRODUIRE LE LONG DES LIGNES DE GLISSEMENT OU NOUS DEVELOPPONS DES CORRECTIONS APPROPRIEES. LA METHODE NUMERIQUE AINSI CONSTRUITE PERMET DES CALCULS D'IMPACTS DE GOUTTELETTES ET DE JETS. ELLE EST COMPLETEMENT EULERIENNE ET CAPTURE AUTOMATIQUEMENT LES INTERFACES, SI BIEN QU'ELLE S'INTEGRE AISEMENT DANS UN ENVIRONNEMENT DE MAILLAGE ADAPTATIF CARTESIEN. CETTE THESE COMPORTE TROIS PARTIES, LA PREMIERE EXPOSE LA MODELISATION ET LES METHODES NUMERIQUES QUI PERMETTENT NOS SIMULATIONS. LA DEUXIEME PRESENTE DES RESULTATS DE CALCULS NUMERIQUES POUR DES IMPACTS DE GOUTTELETTES ET DE JETS. LA TROISIEME PARTIE DECRIT L'IMPLANTATION DE NOTRE SOLVEUR DANS UN ENVIRONNEMENT DE MAILLAGE ADAPTATIF CARTESIEN.

L'ETUDE PORTE SUR L'ELABORATION D'UNE STRATEGIE NUMERIQUE EFFICACE PERMETTANT LA MODELISATION DES ECOULEMENTS NON DECOLLES DE FLUIDE COMPRESSIBLE VISQUEUX AUTOUR DE CONFIGURATIONS COMPLEXES (PROFILS D'AILE EN 2D, AILES OU AVIONS COMPLETS EN 3D). LA STRATEGIE S'APPUIE SUR UNE APPROCHE COMBINANT A LA FOIS UN SOLVEUR FLUIDE PARFAIT (POTENTIEL AVEC CORRECTION ENTROPIQUE OU EULER CONSERVATIVE) ET UN SOLVEUR COUCHE LIMITE CARACTERISANT LES EFFETS VISQUEUX PROCHES DE LA PAROI. LE RESULTAT DU CALCUL DE COUCHE LIMITE ENGENDRE L'EVALUATION D'UNE VITESSE NORMALE DITE DE SOUFFLAGE QUI SERT ENSUITE DE CONDITION A LA LIMITE DE PAROI DANS LE CALCUL FLUIDE PARFAIT. EN ITERANT AINSI LES CALCULS, ON OBTIENT UN SOLVEUR BIVALENT PEU COUTEUX, SE SUBSTITUANT A UN SOLVEUR NAVIER-STOKES, POUR DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS NON DECOLLES, ET PERMETTANT DE REALISER DES CALCULS D'ECOULEMENTS AUTOUR D'AVIONS COMPLETS. LA METHODOLOGIE AINSI DEVELOPPEE, MET EN EVIDENCE LA ROBUSTESSE DES DEUX SOLVEURS FLUIDE PARFAIT A LA PRISE EN COMPTE DE CONDITIONS AUX LIMITES DE PAROI NON HOMOGENES. LES NOMBREUSES EXPERIENCES NUMERIQUES EFFECTUEES, TANT ENE BIDIMENSIONNEL QU'EN TRIDIMENSIONNEL, FOURNISSENT DES RESULTATS D'UNE PRECISION SATISFAISANTE ET VALIDENT AINSI LA METHODE

Ce travail a pour objet le développement d'un code de calcul pour la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en écoulement incompressible dans des domaines géométriques quelconques. Les équations sont discrétisées selon la technique des volumes finis sur un maillage cartésien non orthogonal, colocalisé (sans décalage de grille de calcul des composantes de vitesse et de la pression). La non orthogonalité des volumes de contrôle est prise en compte à l'aide de schémas numériques spécifiques inspirés des travaux de M. Péric (Defered Correction). Le couplage vitesse-pression est régi par un algorithme prédicteur-correcteur basé sur la Méthode de Projection, utilisant la décomposition de Hodge, qui semble plus performant que les algorithmes classiques de type SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation). Cet algorithme intègre les approximations de Rhie et Chow qui permettent de limiter les oscillations numériques inhérentes à l'utilisation d'un maillage colocalisé. Les divers éléments introduits lors de l'élaboration du code en vue d'accroître ses performances ont été systématiquement évalués et comparés sur des écoulements tests en géométrie 2D. Finalement ce code a pu être utilisé pour modéliser l'écoulement 3D d'un jet de paroi au-dessus d'une bosse. Une étude comparative montre que les résultats de la simulation sont nettement meilleurs que ceux obtenus dans les mêmes conditions par une approche de type frontière immergée utilisant un simple maillage cartésien orthogonal.

Ce mémoire présente une formulation éléments finis qui permet de résoudre des écoulements compressibles instationnaires subsoniques. La motivation de ce travail provient de la volonté d'améliorer les prédictions d'écoulements diphasiques séparés par une interface. En particulier, on s'intéresse au déferlement de vagues qui emprisonnent une poche d'air. D'abord, on développe une formulation des équations de Navier-Stokes compressible qui permet de gérer plusieurs régimes d'écoulements compressibles dans le même domaine. Pour résoudre ce système d'équations, on utilise une formulation par éléments finis. Pour les problèmes instationnaires, on utilise la méthode des " Backward Differentiation Formula " (BDF) avec un estimateur d'erreur de troncature pour effectuer l'intégration temporelle. En plus, on utilise une formulation ALE qui laisse le maillage de se déplacer dans le temps pour lui permettre de suivre les déformations d'une ou plusieurs frontières du domaine (comme c'est le cas pour un écoulement avec interface). Ces outils mentionnés ci-haut sont déjà tous utilisés pour le calcul d'écoulements à interface, mais pour des fluides incompressibles seulement. Donc, le but de ce mémoire est d'implémenter dans les formulations les termes compressibles qui s'ajoutent aux équations incompressibles. Pour vérifier que l'implémentation est bien faite, on effectue la vérification par la méthode des solutions manufacturées. On présente d'abord un problème stationnaire compressible pour montrer que les termes stationnaires sont bien résolus suivi par une solution manufacturée instationnaire compressible qui fait intervenir tous les termes ajoutés. Ainsi, on peut vérifier que les méthodes BDF se comportent de la bonne façon pour l'estimation des dérivées temporelles de la pression et de la température (essentiellement les termes ajoutés par la formulation compressible). Ensuite, puisque le problème de la vague déferlante se caractérise par la compression d'une poche de gaz, on procède à la validation du code avec le problème de Bagnold. Ce problème en 1D consiste à évaluer la pression de l'air dans un contenant compressé par un piston. Une fois la validation terminée, on se lance dans le calcul final du cas de déferlement de la vague. Les résultats obtenus sont encourageants comparativement à la formulation tout incompressible, mais il reste du travail à faire pour obtenir un modèle qui représente le mieux possible la réalité

Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de macCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. la modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l'aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelles (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expériementales. Une méthode intégralle de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustqiue. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparés à des études expérimentales et à d'autres simulations.