Simulation numérique des écoulements et aéroacoustique

Simulation des grandes échelles (LES)

Eclatement tourbillonaire sur une aile delta en incidence.
(images de grande taille)

La simulation des grandes échelles (Large Eddy Simulation-LES) est une technique prometteuse pour la prédiction et l'analyse des écoulements instationnaires.

Cette technique, à l'inverse de la simulation directe (Direct Numerical Simulation-DNS) qui représente sans approximation l'ensemble des tourbillons présents dans un écoulement, repose sur une séparation d'échelles. Ainsi les tourbillons d'une taille supérieure à une limite arbitrairement fixée sont déterminés par le calcul, alors que les autres sont pris en compte au moyen d'un modèle statistique appelé modèle sous-maille. La qualité des résultats est conditionnée par celle du modèle sous-maille et par l'erreur du schéma numérique, qu'il faut contrôler.

L'utilisation de la LES pour la simulation d'écoulements turbulents réalistes (géométrie, nombre de Reynolds...) s'avérant souvent trop coûteuse en temps de calcul, les recherches menées actuellement visent à diminuer le coût de cette approche. Les travaux portent sur l'optimisation des méthodes numériques (schéma spatial hybride, intégration temporelle implicite, maillage adaptatif...), sur le développement de modèles physiques adaptés aux écoulements de nature compressible, incompressible et multi-physique, sur l'extension vers la simulation des très grandes échelles (couplage RANS/LES) et sur la modélisation de conditions aux limites (conditions turbulentes instationnaires, modèle de paroi).

En l'état actuel des méthodes, des modèles et des supercalculateurs, la LES constitue déjà un outil complémentaire aux techniques de mesures expérimentales. Ainsi une meilleure compréhension de certains phénomènes aérodynamiques fondamentaux a pu être obtenue grâce à l'emploi de la LES : éclatement tourbillonnaire (aile delta), transition instationnaire pour les turbomachines (cf. animation ci-dessous), sillages tourbillonnaires, aéroacoustique, aéro-optique, contrôle actif...

Simulation numérique de l'écoulement transitionnel
autour d'une aube fixe de turbine basse pression
influencé par le sillage d'un rotor amont.
Animations : mpeg 265 ko, gif 740 ko

Mis à jour le 13 juillet 2004 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation