Wall Distance Evaluation Via Eikonal Solver for RANS Applications

Les logiciels de mécanique des fluides assistée par ordinateur (CFD) sont de plus en plus utilisés pour la conception d'aéronefs. L'utilisation de grappes informatiques haute performance permet d'augmenter la puissance de calcul, aux prix de modifier la structure du code. Dans les codes CFD, les équations de Navier-Stokes moyennées (plus connues sous le nom des équations RANS) sont souvent résolues. Par conséquent, les modèles de turbulence sont utilisés pour approximer les effets de la turbulence. Dans l'industrie aéronautique, le modèle Spalart-Allmaras est bien accepté. La distance à la paroi dans ce modèle, par exemple, joue un rôle clé dans l'évaluation des forces aérodynamiques. L'évaluation de ce paramètre géométrique doit alors être précis et son calcul efficace. Avec les nouveaux développement des hardwares, un besoin se crée dans la communauté afin d'adapter les codes CFD à ceux-ci. Les algorithmes de recherche comme les distances euclidienne et projetée sont des méthodes souvent utilisées pour le calcul de la distance à la paroi et ont tendance à présenter une mauvaise scalabilité. Pour cette raison, un nouveau solveur pour la distance à la paroi doit être développé. Pour utiliser les solveurs et techniques d'accélération déjà existantes au sein du code CFD, l'équation Eikonal, une équation aux différentielles partielles non-linéaires, a été choisie. Dans la première partie du projet, le solveur d'équation Eikonal est développé en 2D et est résolue dans sa forme advective au centre de cellule. Les méthodes des différences finies et des volumes finis sont testées. L'équation est résolue à l'aide d'une discrétisation spatiale de premier ordre en amont. Les solveurs ont été vérifiés sur des cas canoniques, tels une plaque plane et un cylindre. Les deux méthodes de discrétisation réussissent à corriger les effets de maillages obliques et courbes. La méthode des différences finies possède un taux de convergence en maillage de deuxième ordre tandis que la méthode des volumes finis a un taux de convergence de premier ordre. L'addition d'une reconstruction linéaire de la solution à la face permet d'étendre la méthode des volumes finis à une méthode de deuxième ordre. De plus, les méthodes de différence finie et de volume fini de deuxième ordre permettent de bien représenter la distance à la paroi dans les zones de fort élargissement des cellules. L'équation Eikonal est ensuite vérifié sur plusieurs cas dont un profil NACA0012 en utilisant trois modèles de turbulence : Spalart-Allmaras, Menter SST et Mener-Langtry SST transitionnel.