This study presents an improved ghost-cell immersed boundary approach to represent a solid body in compressible flow simulations. In contrast to the commonly used approaches, in the present work ghost cells are mirrored through the boundary described using a level-set method to farther image points, incorporating a higher-order extra/interpolation scheme for the ghost cell values. In addition, a shock sensor is in- troduced to deal with image points near the discontinuities in the flow field. Adaptive mesh refinement (AMR) is used to improve the representation of the geometry efficiently. The improved ghost-cell method is validated against five test cases: (a) double Mach reflections on a ramp, (b) supersonic flows in a wind tunnel with a forward- facing step, (c) supersonic flows over a circular cylinder, (d) smooth Prandtl-Meyer expansion flows, and (e) steady shock-induced combustion over a wedge. It is demonstrated that the improved ghost-cell method can reach the accuracy of second order in L1 norm and higher than first order in L∞ norm. Direct comparisons against the cut-cell method demonstrate that the improved ghost-cell method is almost equally accurate with better efficiency for boundary representation in high-fidelity compressible flow simulations. Implementation of the improved ghost-cell method in reacting Euler flows further validates its general applicability for compressible flow simulations.

Ces travaux portent sur la modélisation et la simulation numérique des effets du déplacement d'un corps indéformable dans un écoulement multiphasique compressible. Ils se placent dans le cas où plusieurs objets sont en mouvement ou dans le cas où un objet est en mouvement dans un milieu aux géométries complexes. L'étude ne peut alors pas être placée dans le référentiel lié à l'objet en mouvement. Le modèle est basé sur une méthode multiphasique à interfaces diffuses où les différentes phases sont en équilibre mécanique. Le système régissant l'écoulement fluide est augmenté d'une équation d'advection. Cette dernière s'applique sur une fonction Level Set dont le niveau zéro permet de localiser le mobile dans l'espace. Des termes de couplage sont ajoutés au membre de droite des équations d'évolution de la quantité de mouvement et de l'énergie totale. Ces termes sont composés d'un facteur du type pénalisation et d'un facteur du type relaxation de vitesses. Cette nouvelle méthode permet de simuler des cas complexes où peuvent interagir des mobiles à hautes vitesses, des ondes de choc et des interfaces liquide/gaz. / This work deals with modelling and the numerical simulation of the effects of a moving rigid body on a multiphase flow. Here more than one object is moving, or an object is moving in a complex geometry domain. So the reference frame linked to the moving body can't be used. The model is build on a multiphase diffuse interface method with mechanical equilibrium. An advection equation is added. It applies on a Level Set function used to track the moving body. Coupling terms are added to the momentum equation and to the total energy equation. These terms are made of a penalization factor and a velocity relaxation factor. This new method allows to simulate complex cases where can interact high velocity objects, shock waves and liquid / gas interfaces.