Écoulements à surface libre avec la méthode SPH

Ata, Riadh (2002). Écoulements à surface libre avec la méthode SPH. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La méthode SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics) est une méthode purement Lagrangienne qui a été utilisée depuis 1977 dans la simulation des problèmes astrophysiques et les chocs à grandes vitesses. Dans le présent travail, une adaptation de cette méthode aux écoulements à surfaces libres est présentée.

Comme première étape, le problème de bris de barrage en mono-dimensionnel est simulé. Cette étape nous a servi à évaluer et se familiariser avec la méthode SPH. Les résultats obtenus ont été validés et comparés avec la solution analytique ainsi qu'avec les résultats déjà publiés dans la littérature.

La deuxième partie de ce mémoire a été consacrée aux cas bidimensionnels. Le problème de bris de barrage dans diverses configurations a été simulé. Les résultats obtenus dépendent directement de chaque cas traité. Pour le cas d'un barrage standard ainsi que le barrage circulaire, les résultats sont très encourageants. En ce qui concerne le cas d'un barrage avec étranglement, le résultat est oscillant.

Ces résultats ont été obtenus avec l'approche standard de la méthode SPH. De plus, une nouvelle forumlation basée sur une combinaison EF-SPH a été introduite et testée. Les résultats obtenus sont meilleurs que celle donnés par la formulation standard. Cette amélioration n'est palpable que dans les premiers instants de la simulation. Durant les derniers instants des simulations, un manque de particules à l'emplacement du barrage, cause une concordance moins bonne des courbes trouvées avec celles fournies par la méthode des volumes finis.

Le succès de la méthode SPH dans sa version standard ainsi que dans sa nouvelle version combinée EF-SPH, dépendent de plusieurs facteurs. Des études supplémentaires sont par conséquent suggérées pour standardiser les paramètres qui interviennent dans ces formulations.

Titre traduit

Free surface flows with SPH method

Résumé traduit

SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) is a Lagrangian method used since the end of the seventeen in the simulating of gas dynamics and high-speed shocks. In this work, an adaptation of this method is given for free surface flows simulations.

First. the SPH is used in the one-dimensional case. This step is dedicated to the evaluation and the adaptation of the method to free surface flows. In the second section,the two-dimensional case is studied in details. The problem of dam break in various configurations is used as the benchmark test.

The result obtained depends on the concerned problem. For the cases of standard and circular dams, the results are quiet encouraging. The capture of shocks and the shape of the waves were successfully revealed. The results were compared with analytic solution. in the ID case. and with result given by the finite volume method. We note that the SPH presents a good reproduction of existing solution. Nevertheless,some oscillations are still present in the solutions.

In addition. a new combined finite element-SPH formulation is presented. This formulation seems to be better than the original SPH version. lt gives the possibility to introduce all finite elements techniques of corrections and stabilizations. The results obtained with this new formulation show amelioration especially in the earlier times of simulation. The Lagrangian nature of the method the lack of panicles ) is the principle cause of the non-conformity of obtained results with finite-volumes ones.

The success of the SPH in the free surface flows depends on the optimisation of its parameters, a smart choice of particles number, type of the kernel and the smoothing of irregularities in the geometry. Additional works are suggested to give more efficiency to this method that promises an interesting future in fields where the Eulerian methods are unable to takle.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique." Bibliogr.: p. [128]-129
Mots-clés libres:	Ecoulement, Hydrodynamics, Hydrodynamique, Libre, Methode, Particles, Smoothed, SPH
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Soulaïmani, Azzeddine
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	11 mai 2011 17:41
Dernière modification:	13 oct. 2016 20:19
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/821

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