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Mécanique appliquée

À la recherche des passerelles entre échelles multiples et multi-échelle

Que ce soit pour sa conception ou l’optimisation de son fonctionnement, simuler numériquement un réacteur chimique complet, avec une résolution fine et pertinente du point de vue des mécanismes en jeu, représente sans doute un objectif inatteignable avant plusieurs dizaines d’années, malgré l’évolution anticipée des puissances de calcul.

En effet, une résolution de l’ordre de 1/30e du diamètre équivalent de la plus petite des particules impliquéesa est alors requise et, à cette échelle que l’on nomme micro, un tel système numérique peut alors nécessiter une discrétisation géométrique impliquant jusqu’à 1015 cellules.

Ce constat a favorisé l’utilisation d’échelles de calcul méso et macro, avec des approches moyennées sollicitant beaucoup moins de ressources de calcul, mais requérant l’élaboration de modèles de  "sous-maille" avec une prise en compte plus statistique et globale des phénomènes physiques à l’œuvre.

L’élaboration d’une stratégie multi-échelle cohérente — décrivant et quantifiant l’information, nécessaire et suffisante, à transmettre d’une échelle à l’autre pour une description plus réaliste des mécanismes physiques — est donc un enjeu important pour ces simulations.

Récemment, IFPEN a franchi un nouveau cap1. Des simulationsb à l’échelle micro ont été effectuées, avec un coût de calcul raisonnable, sur un échantillon représentatif élémentaire d’environ 2 000 particules fluidisées. La comparaison directe entre les échelles micro et méso, ainsi rendue possible, a permis de valider et d’améliorer :

  • les modèles actuels2,
  • ainsi que les méthodologies de passage d’une échelle à l’autre.

Ces travaux prometteurs, appliqués pour l’instant à la description de l’hydrodynamique des écoulements fluide/particules, sont actuellement poursuivis via un projet de recherche collaboratifc, en vue de bâtir une modélisation multi-échelle des écoulements particulaires réactifs.

 

a - par exemple, des grains de catalyseur
  
b - www.peligriff.fr
  
c - www.more4less.fr
  
d - DNS : Direct Numerical Simulation
     DEM-CFD : Discrete Element Method - Computational Fluid Dynamics

 

Contact scientifique :  abdelkader.hammouti@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 26 - Octobre 2016

Publications

  1. A. Wachs, A. Hammouti, G. Vinay, M. Rahmani, Accuracy of Finite Volume/Staggered Grid Distributed Lagrange Multiplier/Fictitious Domain simulations of particulate flows, Computers & Fluids, 2015, 154-172.
    >> DOI: 10.1016/j.compfluid.2015.04.006
      
  2. A. Esteghamatian, M. Bernard, M. Lance, A. Hammouti, A. Wachs, soumis à International Journal of Multiphase Flow.

 

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