On s'intéresse dans ce document à la modélisation d'écoulements compressibles en conduite unidimensionnelle (1D) à section variable et dans des domaines bi ou tridimensionnelles encombrés d'obstacles. Le travail est motivé par la modélisation d'écoulements dans les circuits de refroidissement de réacteurs à eau pressurisée (REP). Ainsi ce travail a pour objectif de proposer une nouvelle formulation pour de tels écoulements. L'idée de base consiste a utiliser une formulation intégrale sur la base des équations aux dérivées partielles. Le système de lois de conservation associé aux équations d'Euler (masse, dynamique et énergie) est examiné.Le premier chapitre examine le cas de conduite 1D à section continue ou discontinue. La formulation intégrale est présentée et les résultats numériques sont comparés avec (i) l'approche Well-Balanced et (ii) la solution de référence obtenue sur maillage très fin.Les second et troisième chapitres examinent la modélisation d'écoulements compressibles dans des domaines contenant de nombreux tubes. La formulation intégrale est donnée, et les schémas numériques présentés, afin de gérer les interfaces fluide/fluide et les parois. Les schémas peuvent être explicites (chapitre 2), ou implicites (chapitre 3). Quelques cas tests analytiques sont présentés. On se concentre sur l'écoulement d'un fluide abordant une zone de tubes alignés de petite taille. Ici encore, la comparaison est faite avec la référence fluide; les résultats sont également comparés avec ceux issus de l'approche équilibre classique, et ceux associés à la formulation intégrale unidimensionnelle présentée dans le premier chapitre. / This document focuses on the modeling of compressible flows in one-dimensional (1D) pipes with variable cross-section, and in two or three-dimensional domains containing many small obstacles. The basic motivation is urged by the modeling of flows in the coolant circuit of pressurised water reactors (PWR). Thus this work aims at providing a new formulation for such a variety of flows. The basic idea consists in using an integral approach that is applied to the governing set of partial differential equations. Here the keystone is the conservative Euler set of equations, including mass, momentum and energy balance for any equation of state.Hence, the first chapter investigates the case of one-dimensional pipes with continuous or discontinuous cross-section. Once the 1D+ integral formulation has been presented, numerical results are compared with : (i) the classical Well-Balanced (WB) approach, and (ii) the reference solution obtained with a multi-dimensional code with huge mesh refinement.The second and third chapters provide some new insight on the numerical modeling of compressible flows in domains obstructed with many tubes. The integral formulation is derived, and numerical schemes are detailed, in order to handle fluid/fluid interfaces and wall boundaries. Schemes may be explicit (chapter 2), or implicit (chapter 3). A few analytic test cases are investigated. Focus is made on the flow incoming a region containing many tiny and aligned tubes. Here again, a comparison with the reference "fluid" solution is achieved; results are also compared with those arising from the WB approach, and with those coming from the 1D+ integral approach proposed in the first chapter.

Cette thèse a pour objectif la construction de schémas d’ordre élevé et peu diffusifs pour le transport d’un scalaire dans les écoulements à surface libre, en deux ou trois dimensions. On souhaite en particulier obtenir des schémas robustes, qui gardent au niveau discret les propriétés mathématiques de l’équation de transport avec une faible diffusion numérique, et les utiliser sur des cas industriels. Dans ce travail deux méthodes numériques sont envisagées : une méthode aux volumes finis (VF) et une méthode aux résidus distribués (RD). Dans les deux cas, l’équation de transport est résolue avec une approche découplée, qui est la solution la plus avantageuse en termes de précision et de coûts de calcul. Pour ce qui concerne la méthode aux volumes finis, les équations de Saint-Venant couplées à l’équation du transport sont d’abord résolues avec un schéma dit vertex-centred où le flux numérique est approximé avec un solveur de Riemann appelé Harten-Lax-Van Leer-Contact [135]. A partir de cette approche, une formulation découplée est proposée. Cette dernière permet de résoudre l’équation du transport avec un pas de temps plus grand que celui de la formulation couplée. Cette idée a été d’abord proposée pour d’autres schémas dans [13]. Pour augmenter l’ordre de précision en espace, la technique MUSCL [89] est utilisée en combinaison avec l’approche découplée. Finalement, la problématique des zones sèches est abordée. Dans le cas de la méthode aux résidus distribués, les équations de Saint-Venant sont résolues avec une méthode éléments finis, et la méthode RD est utilisée seulement pour discrétiser l’équation du transport, en focalisant l’attention sur les problèmes non stationnaires. L’équation de continuité du fluide discrétisée est employée pour garantir la conservation de la masse et le principe du maximum. Pour obtenir des schémas d’ordre deux dans les problèmes non stationnaires, un schéma prédicteur-correcteur [112] est utilisé, en l’adaptant au cas de concentration moyennée sur la verticale. Une version d’ordre 1 mais peu diffusive, est aussi présentée dans ce travail. De plus, un schéma localement implicite, complètement nouveau, est aussi formulé pour pouvoir traiter le problème des bancs découvrant. Les deux techniques sont validées d’abord sur des cas simples, pour évaluer l’ordre de précision des schémas et ensuite sur des cas plus complexes pour vérifier aussi les autres propriétés numériques. Les résultats montrent que les nouveaux schémas sont à la fois précis et conservatifs, tout en gardant la monotonie comme le prévoient les démonstrations. Un cas d’application industriel est aussi présenté en conclusion. Le schéma prédicteur-correcteur RD est adapté aussi au cas 3D, sans aucun problème théorique nouveau, par rapport au cas 2D. Les propriétés de base des schémas sont validées sur des cas test préliminaires / The purpose of this thesis is to build higher order and less diffusive schemes for pollutant transport in shallow water flows or 3D free surface flows. We want robust schemes which respect the main mathematical properties of the advection equation with relatively low numerical diffusion and apply them to environmental industrial applications. Two techniques are tested in this work: a classical finite volume method and a residual distribution technique combined with a finite element method. For both methods we propose a decoupled approach since it is the most advantageous in terms of accuracy and CPU time. Concerning the first technique, a vertex-centred finite volume method is used to solve the augmented shallow water system where the numerical flux is computed through an Harten-Lax-Van Leer-Contact Riemannsolver [135]. Starting from this solution, a decoupled approach is formulated and is preferred since it allows to compute with a larger time step the advection of a tracer. This idea was inspired by [13]. The Monotonic Upwind Scheme for Conservation Law [89], combined with the decoupled approach, is then used for the second order extension in space. The wetting and drying problem is also analysed and a possible solution is presented. In the second case, the shallow water system is entirely solved using the finite element technique and the residual distribution method is applied to the solution of the tracer equation, focusing on the case of time-dependent problems. However, for consistency reasons the resolution of the continuity equation must be considered in the numerical discretization of the tracer. In order to get second order schemes for unsteady cases a predictor-corrector scheme [112] is used in this work. A first order but less diffusive version of the predictor-corrector scheme is also introduced. Moreover, we also present a new locally semi-implicit version of the residual distribution method which, in addition to good properties in terms of accuracy and stability, has the advantage to cope with dry zones. The two methods are first validated on academical test cases with analytical solution in order to assess the order of the schemes. Then more complex cases are addressed to test the robustness of the schemes and their performance under different flow conditions. Finally a real test case for which real data are available is carried out. An extension of the predictor-corrector residual distribution schemes to the 3D case is presented as final contribution. Even in this case the RD technique is completely compatible with the finite element framework used for the Navier-Stokes equations, thus its extension to the 3D case does not present any extra theoretical problem. The method is tested on preliminary cases

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fernando Raul Licapa Contreras.pdf: 6260685 bytes, checksum: d6d66a2bde6c2b142b3b9f666d333f4e (MD5) Previous issue date: 2017-01-10 / FACEPE / No presente trabalho apresentamos formulações numéricas para a discretização de um modelo matemático que descreve o escoamento bifásico de água e óleo em reservatórios de petróleo heterogêneos e anisotrópicos. Estas equações são resolvidas através da metodologia IMPES (Implicit Pressure Explicit Saturation) que é, em particular, um método segregado para tratar escoamento bifásico (água-óleo) em que, o campo de pressão é obtida implicitamente e o campo de saturação é obtida explicitamente. Para resolver a equação de pressão propormos formulações numéricas baseadas no método de volumes finitos lineares (a saber: MPFA-HD e MPFA-H) e no método de volumes finitos não lineares (a saber: NLFV-PP e NLFV-DMP), estas formulações em geral lidam com meios altamente heterogêneos e anisotrópicos sobre malhas poligonais em geral. De outra parte, neste trabalho são estudadas as varias propriedades numéricas que satisfazem as formulações numéricas propostas. Além disso, no caso do método não linear que satisfaz o principio do máximo discreto (DMP), mostramos que este possui um estêncil pequeno desde que os pontos de interpolação sejam calculados a partir dos pontos harmônicos. Para resolver a equação de saturação, utilizamos um método multidimensional nomeada MOOD (Multi-dimensional Optimal Order Detection), esta método é baseada numa discretização espacial de alta ordem com procedimento de limitação a posteriori das variáveis de estado (i. e. saturação) não físicos. Em cada volume de controle o grau polinomial ótimo é determinado para construir uma aproximação das soluções respeitando o principio do máximo discreto. Mediante um processo iterativo o grau polinomial é reduzido quando o volume de controle em questão não satisfaz as condições de estabilidade. Neste método, uma estratégia baseada na Técnica de Mínimos Quadrados é usada para a reconstrução polinomial. Todos métodos propostos são localmente conservativos, e todas as incógnitas são completamente centradas nos volumes de controle, e possuem a habilidade de representar reservatórios com propriedades geológicas complexas utilizando malhas poligonais quaisquer. O desempenho dessas foi avaliado a partir da solução de problemas relevantes encontrados na literatura. / In the present work we present numerical formulations for the discretization of a mathematical models that describes the two-phase flow of water and oil in heterogenous and anisotropic oil reservoirs. These equations are solved through Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) methodology which is in particular a segregated method to treat two-phase (water-oil) flow in which the pressure field is implicitly obtained and the saturation field is obtained explicitly. In order to solve the pressure equation we propose numerical formulations based on the finite linear volume method (MPFA-HD and MPFA-H) and non-linear finite volume method (NLFV-PP and NLFV-DMP). Formulations generally deal with highly heterogeneous and anisotropic media over polygonal meshes in general. On the other hand, in this work the numerical properties that satisfy the proposed numerical formulations are studied. In addition, in the case of the non-linear method that satisfies the discrete maximum principle (DMP), we show that it has a small stencil since the interpolation points are calculated from the harmonic points. To solve the saturation equation, we use a multidimensional method named MOOD (Multidimensional Optimal Order Detection), this method is based on a high order spatial discretization with a posteriori limitation procedure of the non-physical state variables (saturation). In each control volume the optimum polynomial degree is determined to construct an approximation of the solutions respecting the discrete maximum principle. By means of an iterative process the polynomial degree is reduced when the control volume in question does not satisfy the stability conditions. In this method, a strategy based on the Least Squares technique is used for polynomial reconstruction. All proposed methods are locally conservative, and all unknowns are completely centered on control volumes, and have the ability to represent reservoirs with complex geological properties using any polygonal meshes. The performance of these was evaluated from the solution of relevant problems found in the literature.

Les glissements de terrains sous-marins, même de petite taille, représentent un risque majeur d’érosion littorale et de submersion marine lorsqu’ils sont déclenchés à proximité des côtes. Ce fut le cas à Nice (France) avec l’effondrement en mer d’une partie de la plateforme aéroportuaire, suivit d’un tsunami du fait d’un glissement sous-marin en octobre 1979. Du fait que la pente continentale niçoise soit abrupte, à proximité des côtes et soumise à une activité sismique modérée, elle constitue un véritable laboratoire naturel pour l’étude des glissements sous-marins de petite échelle. Ce travail repose sur une approche multidisciplinaire permettant une étude globale des processus de glissement dans la zone proximale. Il intègre des données issues de la géophysique marine, de la sédimentologie de la géotechnique et une phase préliminaire de modélisation numérique. Pour la première fois, la morphologie ainsi que l’architecture des dépôts du delta du Var ont été investigués à partir de données de très haute résolution. Elles ont permis d’identifier la signature de nombreux processus gravitaires de petite taille en surface (morphologie / taille / répartition spatiale) ainsi que leur imbrication en profondeur. Dans le cas du glissement de 1979, des éléments encore inconnus ont été identifiés tels que : 1) ses cicatrices Est et Ouest ; 2) des blocs et paquets glissés non évacués ; 3) la surface de glissement en profondeur ; 4) l’estimation d’un volume total déplacé différent du volume de sédiments évacués. Les carottes sédimentaires ont ensuite permis de discuter de la répartition en zone proximale des dépôts/érosion et de l’enregistrement de paléoglissement à partir de l’état de surconsolidation des dépôts. L’activité des glissements a été estimée dans le temps. Les plus grands glissements (V > 106 m3) ont des fréquences estimées ~50 ans, les glissements de taille moyenne (105 < V < 106 m3) autour de 3 à 25 ans, et les nombreux petits glissements (V < 105 m3) tous les 1-2 mois à 5 ans au cours des périodes actives des 50 dernières années. Ces glissements sont enregistrés dès la zone proximale à des fréquences de 3-7 ans au cours des périodes de plus forte activité depuis 400 ans. L’évolution de la morphologie suit des cycles successifs de déclenchement/quiescence/rechargement. À l’échelle de temps humaine deux cycles s’étendent de 1967-1999 et de 1999-2011 ; les ruptures se regroupent en cluster de 5-10 ans. À l’échelle pluriséculaire, les clusters de turbidites durent 20-40 ans et les périodes de quiescence ~100 ans. Enfin, cette étude apporte de nouvelles contraintes à propos des facteurs déclenchants ou préconditionnants agissant sur le delta du Var. L’état de stabilité de la zone semble être fortement préconditionné par la complexité de la topographie, l’état de consolidation des sédiments et l’importance des apports sédimentaires du Var. L’architecture des dépôts semble principalement contraindre la profondeur des instabilités. Parmi les forçages externes connus sur la zone, nous avons cartographié l’extension de la zone riche en gaz ainsi que des panaches de fluides dans la colonne d’eau. Notre analyse montre que l’amplitude des précipitations, des crues et du niveau de la nappe alluviale seraient trop faibles au cours des 50 dernières années pour agir en tant que facteur déclenchant de manière isolée. Afin de déstabiliser les pentes, ces forçages semblent devoir être couplés entre eux ou associés à l’action de séismes. Les analyses des bases de données en lien avec l’activité des glissements ainsi que les tests numériques permettent de suggérer que la sismicité régionale et que les séismes historiques sont soit 1) de magnitude trop faible, soit 2) à de trop grandes distances des zones de déclenchement, pour générer des PGA assez fort (0,2 g) et avoir individuellement un impact sur les pentes du Delta. / Small submarine landslides, when triggered near the coast represent a major coastal hazard due to erosion of the coastline and marine submersion. In October 1979, a submarine landslide generated a part of the airport platform of Nice (France) to collapse at sea and provoked a tsunami. Because the continental slope off this region is abrupt, close to the coast and subject to moderate seismic activity it is a natural laboratory to study small-scale submarine mass movements processes. This work is based on a multidisciplinary approach allowing a global study of landslide processes in the source area. It integrates data from marine geophysics, sedimentology, geotechnics and numerical modelling. For the first time morphology and architecture of the Var delta deposits are investigated using very high resolution data. It allows identification of numerous small-size gravitational processes signatures as well as their embedding at depth. In the case of the 1979 landslide previously unknown features are identified: 1) eastern and western scars, 2) in-situ blocks and lateral spreading’s traces, 3) in-depth sliding surface, 4) estimation of a total displaced volume, which is different from the evacuated sediment volume. The sedimentary cores are then used to discuss the proximal distribution of deposits, erosion and paleo-landslides records from the deposits overconsolidation. The landslide activity has been estimated over time in terms of return frequencies. The largest landslides (>106 m3) have return frequencies nearing 50 years; the medium-size landslides (105 > V > 106 m3) between 3 and 25 years; and the numerous small landslides (<105 m3) every 1-2 months to 5 years during the most active periods in the last 50 years. Landslides deposits recorded in the source area show return frequencies of 3-7 years during periods of greater activity over the last 400 years. The morphology’s evolution follows successive cycles of sliding/quiescence/reloading. In recent times, two main cycles can be observed (from 1967 to 1999 and from 1999 to 2011) during which triggering are clustered in 5-10 years. On a longer time scale, the turbidites clusters span 20-40 years and quiescence periods ~100 years. Finally, this study brings new constraints on preconditioning and triggering factors acting on the Var delta. The stability of the area seems to be strongly conditioned by the complexity of the topography, the sediments consolidation and the quantity of sediments brought by the Var river. The deposits architecture mainly constrains the depth of the instabilities. Among the external drivers known in the area the extension of the gas-rich zone as well as fluids plumes in the water column have been considered and mapped. Looking at other external drivers, the analysis shows that the magnitude of rainfall and floods, and the alluvial water level would be too low over the past 50 years to act as an isolated triggering factor. In order to destabilize slopes, these external drivers need to be tackled together or associated to earthquakes. Relationships between databases analyses, landslides activity and numerical tests suggest that regional seismicity and historical earthquakes are either too small or too distant from the source areas to generate sufficient peak ground acceleration (0.2 g) and to have an individual impact on the delta slopes.

Dans le cadre du stockage de Gaz Naturel Liquéfié (GNL) dans des réservoirs flottants, tels que les méthaniers, les contraintes imposées à la cuve par le ballotement de la cargaison doivent être quantifiées. La plupart des études expérimentales ou numériques actuelles ne prennent pas en compte la possibilité de changement de phase entre le GNL et sa vapeur lors d'un impact du liquide sur la paroi. L'objectif de cette thèse est l'ajout de ce phénomène physique dans un code de mécanique des fluides numérique pour la simulation de l'impact d'une vague déferlante sur une paroi.Dans ce but, un état de l'art des différentes modélisations possibles du changement de phase en mécanique des fluides est présenté. Il a été choisi de modéliser le changement de phase entre le liquide et le gaz à une interface franche sans hypothèse d'équilibre thermodynamique à l'interface. Un système hyperbolique de lois de conservation incluant le changement de phase interfacial hors-équilibre est présenté.Deux approches sont utilisées pour la résolution numérique de ce système. La première utilise un modèle de mélange pour décrire les mailles contenant l'interface liquide-vapeur. Dans la seconde méthode, l'interface est reconstruite et évolue de manière lagrangienne. Les deux approches sont basées sur un schéma volume fini de type Roe.L'enjeu de la simulation numérique du changement de phase interfacial est la capacité du code à gérer un rapport de densité loin de 1 et une chaleur latente élevée, qui entrainent respectivement de fortes variations de pression et de température à l'interface. L'aspect thermique est le phénomène limitant dans le cadre de la simulation d'impacts de vagues avec changement de phase. Seule une fine couche limite thermique autour de l'interface tend à revenir à l'équilibre thermodynamique liquide vapeur, ce qui limite l'effet quantitatif du changement de phase. / In the context of Liquefied Natural Gas (LNG) transportation in floating tanks, such as in LNG carriers, the constraints imposed by the sloshing of the liquid cargo on the tank have to be estimated. Most experimental and numerical studies until now do not take into account the possibility of phase change between the LNG and its vapor during the impact of liquid on the wall. The goal of this thesis is to include this physical phenomenon into a CFD code for the simulation of a breaking wave impact on a wall.A state of the art of the different modelisations of phase change in fluid mechanics is thus presented. This work focus on the modeling of phase change between the liquid and the gas at a sharp interface, without any equilibrium hypothesis. An hyperbolic system of balance laws including non-equilibrium interfacial phase change is presented.Two approaches are used to solve numerically this system. The first one relies on a mixture model for the description of the finite volume cells containing the interface, whereas in the second approach the interface is reconstructed and evolves in a lagrangian way. Both methods are based on a Roe-type finite volume scheme.The challenge of the numerical simulation of interfacial phase change is the capacity of the code to deal with density ratio far from 1 and high latent heat, as the lead to high temperature and pressure variations at the interface. The thermal aspect is the limiting phenomenon in the frame of wave impact simulation with phase change. Only a thin boundary layer around the interface tends to return to thermodynamical equilibrium, thus limiting the quantitative effect of phase change.

[pt] Ao extrair isosuperfícies de dados volumétricos massivos, em geral a superfície de saída é densa, podendo demandar muita memória para seu processamento. Além disso, dependendo do método de extração utilizado, podese também obter um resultado contendo diversos problemas geométricos e topológicos. Neste estudo, experimentamos combinações de diferentes métodos de extração de isosuperfícies juntamente com estratégias out-of-core que permitem uso inteligente do recurso computacional para sintetizar aproximações poligonais dessas superfícies, preservando a topologia original segmentada. O método implementado foi testado em um volume sísmico real para extração da superfície de domo de sal. / [en] When extracting isosurfaces from massive volumetric datasets, in general, the output surface is dense, and may require a lot of memory for processing. In addition to this, depending on the extraction method used, the result can also include several geometric and topological problems. In this study, we experimented combinations of different isosurface extraction methods along out-of-core strategies to generate polygonal approximations to these surfaces, preserving the original topology segmented in the volumetric dataset. The implemented method was tested in a real seismic volume dataset for the salt dome extraction.

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Call number: LD2668 .T4 1979 D465 / Master of Science

<p>In order to examine the usefulness of the multi breath helium dilution method (MB) it was compared to the single breath helium dilution method (SB) and body plethysmography (BP). Residual volume (RV), total lung capacity (TLC) and vital capacity (VC) were measured in seventeen subjects with obstructive (11) or restrictive (6) lung disease and four normal subjects.</p><p>With information from professional literature and current periodicals, advantages and disadvantages with all three methods were compared. ANOVA and Student's t-test were performed on the measurement results.</p><p>The results of the statistical tests tell us there are differences among the methods in the group of obstructive patients. They also reveal a notable difference between the MB and SB methods when measuring the same parameter. In addition, it was noted that none of the existing sets of prediction equations fulfill the requirements established on high quality lung function testing.</p><p>Although a thorough evaluation of the reproducibility of the method is still required, it appears to be a viable alternative to body plethysmography. We claim that measuring the above mentioned static lung volumes with only the single breath helium dilution method cannot be considered a satisfactory practice.</p>

Le Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) est le procédé de récupération thermique sur lequel plusieurs compagnies pétrolières fondent de grande espoirs. Il consiste en deux horizontaux forés l'un au-dessus de l'autre à quelques mètres d'écart. De la vapeur est injectée dans le réservoir par le puits supérieur ce qui provoque la formation d'une chambre. L'huile au voisinage des parois de la chambre se réchauffe et descend ensuite par gravité vers le puits producteur avec l'eau liquide issue de la condensation de la vapeur. La simulation numérique de ce procédé est un outil qui permet de comprendre les mécanismes physiques, d'estimer la production et d'évaluer les investissement ainsi que les risques associés. Cependant, les simulations numériques de SAGD présentent des inconvénients : la zone d'écoulement est peu épaisse comparée aux dimensions du réservoir. La discrétisation en espace doit être assez fine si l'on souhaite prédire de façon précise la production, ce qui peut amener à des simulations à plusieurs millions de mailles dans des cas réels et donc à des temps de simulation extrêments longs. A l'IFP, un générateur de maillages adaptatifs permet de mettre à jour le maillage au cours de la simulation en raffinant localement les mailles situées dans la zone d'écoulement. Basés sur des estimations d'erreur a posteriori pour des schémas volumes finis pour des équations hyperboliques non linéaires, les nouveaux critères de raffinement que nous proposons ont la particularité de dépendre des données initiales du problème