Development of an Overset Structured 2D RANS/URANS Navier-Stokes Solver Using an Implicit Space and Non-Linear Frequency Domain Time Operators

Ce projet s'intéresse au développement de méthodes avancées afin de réaliser des simulations numériques en mécanique des fluides. Plus particulièrement, ces méthodes s'appliqueront aux modèles RANS et URANS sur des profils aérodynamiques simples et multiéléments. Ces développements seront utilisés afin de réaliser une optimisation sur l'interstice et le chevauchement d'un volet de bord de fuite ainsi que des simulations instationnaires standard. Le logiciel utilisé comme plateforme de développement est NSCODE, un solveur Navier-Stokes bidimensionnel pour maillages structurés. Les développements logiciels seront réalisés dans un cadre rigoureux et en utilisant des techniques de programmations appropriées. Les méthodes implémentées viseront plusieurs aspects du solveur incluant les capacités topologiques, l'opérateur spatial et l'opérateur temporel. Afin de traiter les profils multi-éléments, la méthode multi-blocs sera implémentée afin de partitionner le domaine de calcul. La méthode chimère est ensuite implémentée afin d'améliorer la flexibilité de la méthode multi-blocs. Le schéma de dissipation artificielle scalaire est ensuite remplacé par le schéma de dissipation matricielle afin d'améliorer la précision du solveur. Un schéma d'opérateur spatial utilisant un préconditionneur Jacobien implicite par point ainsi qu'un schéma implicite Block Lower-Upper Symmetric Gauss Seidel (LU-SGS) sont ensuite implémentés afin d'améliorer le taux de convergence du solveur. L'opérateur temporel par pas de temps double présent dans le logiciel initial est adapté afin d'être compatible avec les différents schémas d'opérateurs spatiaux utilisés. Un opérateur temporel Non-Linéaire dans le Domaine Fréquentiel (NLFD) est ensuite implémenté afin de résoudre efficacement les écoulements instationnaires périodiques. Chacune des méthodes implémentées est validée et vérifiée en utilisant des cas tests utilisés dans la littérature ainsi qu'avec des résultats expérimentaux. Une grande variété de cas tests sont utilisés afin de s'assurer de la fiabilité du solveur lors des applications futures. Les implémentations logicielles sont ensuite utilisés afin de résoudre deux problèmes: • Une optimisation de dispositif hypersustentateur; • Une simulation dans le domaine fréquentiel d'un profil aérodynamique en tangage dans un écoulement turbulent. L'optimisation du dispositif hypersustentateur vise à maximiser le coefficient de portance du profil de recherche MDA en modifiant la position du volet de bord de fuite. En utilisant une optimisation utilisant des simulations purement bidimensionnelles en parallèle à une optimisation utilisant des simulations tridimensionnelles utilisant l'hypothèse d'aile en flèche infinie, la démonstration est faite qu'une optimisation bidimensionnelle n'est pas adaptée au design de dispositifs hypersustentateurs sur des ailes en flèches. La seconde application a pour but d'introduire un modèle de turbulence aux simulations NLFD dans NSCODE. En tant qu'étape vers l'utilisation de modèles de turbulence à une et deux équations, un modèle algébrique est utilisé. Ce problème vérifiera donc l'utilisation d'un modèle de turbulence algébrique sur un opérateur NLFD. La simulation NLFD d'un profil en tangage dans un écoulement turbulent donne des résultats en accord avec la littérature et avec les simulations par pas de temps double ce qui ouvre la voie à l'utilisation de modèles de turbulence plus complexes avec la méthode NLFD.