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Simulation de l'impact de vagues induites par le ballottement sur les parois des cuves de transport de gaz naturel liquéfié maritime

Florian Etienne

Master's thesis (2021)

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Abstract

This essay presents a finite element formulation to solve compressible unsteady flow with a supersonic part. The main objective is to model the wave impact and to produce data of its pressure onto a wall. First, this essay will present the compressible Navier-Stokes equations for a faint compressible liquid and a compressible gas. These equations are solved with the finite element method combined with the Backward Differentiation Formula (BDF) method for temporal discretiza- tion. Additionally, the interface between two immiscible fluids with the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation is modeled to consider a Liquid-Gas interface deformation. Var- ious formulations have been developed to move the interface contact point on the wall in the event of supersonic velocity of the contact point. A mesh adaptation method is displayed to capture whether the deformation error or one of the variables error is too high. These developments are used during a case of the Rankine-Hugoniot shock and the impact of cylindrical-figured water to confirm the developments that have been created. The case of cylindrical-figured water that impacts a wall with an initial boost of speed provides encour- aging results for future research, however further developments are needed to represent an accurate case of a wave impact similar to a jet motion appearance.

Résumé

Ce mémoire présente une formulation éléments finis permettant la résolution d'écoulements compressibles instationnaires avec une partie supersonique. L'objectif principal est de pouvoir modéliser l'impact de vagues sur une paroi afin d'avoir des données sur les pressions d'impacts pariétales. On commence par expliciter les équations de Navier-Stokes compressibles que ce soit pour un liquide faiblement compressible ou pour un gaz parfait. Ces équations sont ensuite résolues par la méthode des éléments finis couplée à la méthode des Backward Differentiation For- mula (BDF) pour la discrétisation temporelle. L'interface entre deux fluides non miscibles est modélisée à l'aide d'une formulation Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) permettant la déformation de l'interface Liquide-gaz. Différentes formulations sont également développées pour le déplacement du point de contact de l'interface sur la paroi dans le cas où son dépla- cement serait supersonique. Une méthode d'adaptation de maillage est également présentée pour les cas où l'erreur sur la déformation du maillage ou sur une variable serait trop élevée. Ces outils sont utilisés lors d'un cas de choc de Rankine-Hugoniot et d'impact d'un cylindre d'eau sur paroi fixe permettant de valider les développements effectués. Pour le cas qui nous intéresse, à savoir un cylindre d'eau sur paroi fixe avec une vitesse initiale, les résultats obtenus sont prometteurs pour la suite mais d'autres développements doivent être effectués pour représenter au mieux un impact de vague réel tel que une formulation pour la formation du jet.

Department: Department of Mechanical Engineering
Program: Génie mécanique
Academic/Research Directors: Stéphane Étienne and Cédric Béguin
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/9154/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 10 Nov 2021 15:18
Last Modified: 21 Apr 2023 05:28
Cite in APA 7: Etienne, F. (2021). Simulation de l'impact de vagues induites par le ballottement sur les parois des cuves de transport de gaz naturel liquéfié maritime [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/9154/

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