Prédiction améliorée de l’écoulement proche paroi en combinant la méthode aux frontières immergées avec l'assimilation des données – IWP-IBM-DA

En raison des ressources toujours croissantes disponibles aux centres de calcul, les analyses des écoulements complexes deviennent une réalité établie. Ainsi, l’élaboration de stratégies numériques fiables et capables de fournir une représentation précise des problèmes multiphysiques est un défi central en mécanique des fluides computationnelle (CFD). La prédiction précise des caractéristiques des écoulements instationnaires, telles que les forces aérodynamiques, est déterminée par la représentation précise de la dynamique localisée proche paroi. Cet aspect est particulièrement difficile pour la prédiction de l’écoulement autour de géométries complexes. Dans ce cas, les approches classiques body-fitted peuvent avoir à traiter une déformation élevée des éléments de maille et fournir une mauvaise prédiction numérique. En outre, la simulation de corps mobiles peut nécessiter des mises à jour du maillage très coûteuses. La méthode aux frontières immergées (IBM) est devenue l’une des stratégies les plus populaires pour traiter ces deux aspects problématiques. Parmi les propositions dans la littérature, l’outil récemment proposé par le PI et ses collègues a montré des caractéristiques favorables de précision et de scalabilité pour le calcul parallèle. La principale difficulté de l’IBM est le grand coût de calcul pour la représentation de la turbulence proche paroi, qui est un aspect gouvernant dans la plupart des cas d’ingénierie.
Le projet IWP-IBM-DA vise l’avancement de ces techniques numériques pour l’analyse des écoulements complexes. Une stratégie interdisciplinaire s’appuyant sur les outils de la théorie de l’estimation (ET) est proposée. L’ET est une branche de la statistique traitant de l’optimisation paramétrique, utilisant des données qui sont affectées par un niveau d’incertitude. Les premières applications des outils ET en CFD traitent la quantification des incertitudes (UQ). Plus récemment, des travaux d’assimilation des données (DA) ont été proposés pour l’étude des écoulements. Parmi ces propositions, la méthode développée par le PI pour l’analyse des écoulements turbulents incompressibles intègre des données d’ haute-fidélité (observation) dans les solveurs CFD classiques afin d’obtenir une prédiction augmentée de l’écoulement.
Le projet vise à faire progresser la méthode IBM par le biais de la DA, en exploitant l’intégration synergique et le développement ultérieur des deux outils développés par l'équipe. La performance de l’IBM sera améliorée en intégrant l’observation d' haute-fidélité (y compris les données expérimentales), en ciblant une représentation précise de la dynamique proche paroi pour les écoulements turbulents. Le développement suivra deux stratégies différentes, l’étude de la représentation proche paroi et le calcul de fonction de paroi. Ce dernier est associée à la modélisation CFD à ordre réduit comme RANS et LES. Les points d’originalité de la présente proposition représentant l’innovation par rapport à l’état de l’art sont i) le développement scientifique sera conçu pour des applications DA intrusives, ii) de méthodes multigrille seront utilisés pour améliorer les résultats DA et iii) l’application à des cas complexes et réalistes est envisagée.
Le développement des stratégies IBM-DA sera étudié dans deux Tâches, qui visent l’avancement scientifique pour les deux méthodes. Des cas test de complexité croissante seront analysés, comme l’écoulement au tour d'une maquette de voiture avec des éléments de contrôle mobiles et assimilation de données expérimentales PIV. L’analyse sera développée dans le cadre du code open-source OpenFOAM, qui fait partie des outils de référence pour l’analyse CFD académique et industrielle et est optimisée pour les calculs parallèles dans les centres nationaux de calcul. La diffusion des résultats obtenus sera amplifiée par la portée du PI, qui est membre du conseil d’administration de l’association d’utilisateurs français d’OpenFOAM.