Écoulements diphasiques : méthodes VOF et Level Set appliquées à l’étude des instabilités de Rayleigh-Taylor et Kelvin-Helmholtz

Abstract

La plus grande partie des écoulements qui nous entourent sont des écoulements complexes multiphasique. L’étude, la description et la compréhension physique de ce type d’écoulement forment un sujet de recherche fondamentale en mécanique des fluides, dont les applications industrielles sont très nombreuses. En générale on utilise la notion d’interface pour évoquer la surface de séparation qui existe entre deux phases. La simulation des écoulements diphasiques avec prise en compte dans la description des problèmes étudiés de l’interface entre les deux phases, peut être abordée suivant différentes approches. Deux approches sont utilisées, à savoir les méthodes lagrangiennes ou suivi d’interface : méthode des marqueurs et maillage mobile ; et les méthodes eulériennes ou capture d’interface : méthode VOF (volume of fluid), méthode LS (Level Set), et méthode CLSVOF (combined LSVOF). Dans ce travaille les trois méthodes eulériennes précitées ont été utilisées pour simuler numériquement, grâce aux logiciels numériques ANSYS et COMSOL, les écoulements de Kelvin-Helmholtz et Rayleigh-Taylor. Le premier est dû à une instabilité de l’interface, entre fluides, causée par un cisaillement du champ de vitesse. Tandis que le second est dû à l’instabilité de l’interface causée par la gravité