Transport de particules massives dans un fluide turbulent: Application a l'erosion due au sable sur les parois d'une turbine hydraulique (French text)

Le transport de particules massives par un champ turbulent est un vaste domaine de la mécanique des fluides. Il possède de nombreuses applications comme par exemple le transport de sable dans une turbine hydraulique. En raison de la dureté des grains de quartz et des grandes vitesses de collision avec les parois métalliques, un phénomène d'érosion intensif se produit. Les dommages résultants peuvent diminuer le rendement de la turbine au cours des quelques mois suivant la mise en opération. L'objectif de cette thèse est de mettre au point un outil permettant de prédire ces zones d'érosion. Ce projet de recherche en contexte industriel a été réalisé en collaboration avec la compagnie General Electric Hydro du Canada.; Dans un régime hautement turbulent, il est possible d'obtenir une expression suffisamment générale en utilisant une formulation partiellement empirique: l'équation de Basset-Boussinesq-Oseen modifiée. Ce choix de modèle tient compte du niveau de précision recherché et de la méthode numérique employée afin de résoudre la phase fluide. Il permet aussi d'éliminer plusieurs ambiguïtés fréquemment rencontrées dans la littérature et implementées dans certains codes commerciaux courants. La formulation mathématique du problème est effectuée dans un espace mixte Euler-Lagrange. Les paramètres dynamiques sont relies au type de particules et à l'intensité de la turbulence.; Le code numérique résultant est le plus performant développé à ce jour (août 1998). Les trajectoires de plusieurs centaines de milliers de particules peuvent être simulées et visualisées de manière interactive sur une station de travail (SGI R4K, R8K et R10K). L'utilisateur du logiciel est libre de se déplacer dans l'espace à l'aide d'un environnement similaire a un “simulateur de vol”. Il peut ainsi analyser les détails du processus d'érosion de même que l'écoulement du fluide dans la turbine. Les zones d'érosion obtenues à l'aide de ce logiciel correspondent très bien avec celles observées sur le terrain.; Une parallélisation à gros grain (“coarse grain parallelism”) est incluse intrinsèquement dans l'algorithme résultant. Une version du logiciel utilisant le passage de message sur un réseau hétérogène de stations de travail a été mise au point et est utilisée dans le cas de géométries de taille intermédiaire. Cette implémentation permet ainsi de rentabiliser l'utilisation des stations de travail déjà disponibles plutôt que de recourir à un serveur plus coûteux, ce qui est un avantage dans un contexte de recherche industrielle.