Simulation numérique d’un écoulement laminaire autour d’un cylindre circulaire avec des ailettes

Abstract

L'analyse des écoulements de fluides autour d'obstacles cylindriques constitue un enjeu majeur dans de nombreux secteurs industriels tels que le génie civil, l'aéronautique ou le nucléaire. En effet, la compréhension fine des phénomènes hydrodynamiques et tourbillonnaires autour de ces géométries simples mais fondamentales est indispensable pour assurer la conception sûre et performante des structures exposées aux écoulements. Malgré leur apparente simplicité, ces écoulements cylindriques se révèlent d'une grande richesse en raison des différents régimes d'écoulements instationnaires et turbulents qui s'y développent en fonction des nombres de Reynolds. Le phénomène des lâchers tourbillonnaires alternés est particulièrement critique puisqu'il engendre des forces fluctuantes et des vibrations qu'il est primordial de pouvoir prédire et contrôler. Face à la difficulté de décrire analytiquement la physique complexe de ces écoulements, la simulation numérique par mécanique des fluides numérique (CFD) s'est imposée comme l'outil privilégié pour en permettre l'étude approfondie. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce présent mémoire qui vise à analyser au moyen du logiciel ANSYS les caractéristiques d'un écoulement laminaire 2D autour d'un cylindre circulaire. ANSYS constitue en effet un environnement numérique intégré particulièrement performant et adapté à la modélisation, au maillage et à la simulation d'écoulements fluides complexes. Les puissantes fonctionnalités de visualisation des différents champs fluides qu'offre ANSYS seront notamment un atout clé pour mener une analyse physique approfondie des résultats obtenus. Ce mémoire s'articulera autour de trois chapitres principaux :  Le premier chapitre consistera en une recherche bibliographique complète sur les écoulements cylindriques à partir de la documentation théorique effectuées sur ce sujet.  Le second chapitre détaillera la méthode numérique par élément finis utilisée sous ANSYS, avec la modélisation géométrique, le maillage et les schémas de calcul employés.  Le troisième et dernier chapitre sera entièrement dédié à la présentation, l'analyse approfondie et la valorisation des résultats obtenus par simulations numériques de l'écoulement laminaire 2D autour du cylindre circulaire sous ANSYS.