Vers la simulation d'écoulements turbulents dans un convertisseur catalytique par la méthode de Boltzmann sur réseau

Ce mémoire s'inscrit dans un effort plus large visant à évaluer et caractériser l'apport potentiel de la méthode de Boltzmann sur réseau (MBR) pour la simulation des convertisseurs catalytiques. Un modèle de turbulence - plus spécifiquement un modèle de simulation des grandes échelles (LES - Large Eddy Simulation) - est implémenté et validé par deux simulations d'écoulements turbulents : écoulement entre deux plans parallèles et écoulement au sein d'une conduite cylindrique. L'étude de l'écoulement à travers un bloc monolithe (ensemble de micro-canaux parallèles) est restreinte à celles de la longueur de transition au sein d'un canal et de la perte de charge induite par les micro-canaux. L'expression empirique de la longueur de transition au sein d'un canal est adaptée au cas des micro-canaux à section carrée via une étude paramétrique portant sur le régime d'écoulement. Et une méthode pour l'évaluation des pertes de charge au travers d'un bloc monolithe est proposée et appliquée à une géométrie simplifiée. Il s'avère que la résolution du champ de pression est plus contraignante que celle du champ de vitesse, puisqu'elle nécessite un nombre de Mach plus faible, et donc un facteur de relaxation plus faible. De même, l'impact du raffinement de maillage est plus important sur le champ de pression que sur le champ de vitesse. La dépendance quadratique en vitesse de la perte de charge singulière est validée. Finalement, la méthode de Boltzmann sur réseau (MBR) est utilisée pour simuler des écoulements turbulents de gaz à travers un cylindre comportant un bloc monolithe constitué de 1316 canaux à section carrée. Les différentes contraintes relevées lors des travaux pour garantir une convergence correcte de la vitesse et du champ de pression impliquent des temps de calculs et des ressources informatiques considérables et non envisageables pour une application industrielle. La nécessité d'un raffinement local de maillage, que ce soit sur un maillage structuré ou non structuré, est confirmée aussi bien pour le calcul du champ de vitesse d'écoulements turbulents que pour l'obtention correcte d'un champ de pression auprès d'une géométrie disruptive, comme l'expansion brusque en sortie des micro-canaux du bloc monolithe.