Submission #20

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Submitted by Anonyme (not verified)
Sun, 06/07/2015 - 12:52
83.197.173.36
Yes
Industry
Modélisation et simulation du couplage à l'interface entre les écoulements gaz liquide en milieux poreux et un écoulement gazeux libre
PhD Thesis
ANDRA
http://www.andra.fr
roland.masson@unice.fr
Nice
France
Le sujet de thèse concerne la modélisation et la simulation numérique du couplage à l'interface entre un milieux poreux et un milieu libre en présence d'écoulements diphasique gaz liquide dans le milieux poreux et d'un écoulement gazeux dans le milieu libre. Cette problématique est importante en pratique dans plusieurs domaines comme la modélisation de l'évaporation et la salinification des sols, de l'interaction sol atmosphère, ou la modélisation des stockages géologique du CO2 pour l'analyse des risques de fuites à l'atmosphère ou encore dans le domaine de l'ingénierie dans les problèmes de séchage ou aussi de maintenance des batiments historiques.
Notre étude concerne plus particulièrement la modélisation des échanges de masse et d'énergie entre les circuits de ventilation et les milieux poreux des ouvrages souterrains d'enfouissement des déchets nucléaires. Ce travail vise à contribuer, par l'expérimentation numérique, à l'amélioration de la connaissance du comportement des gaz dans les phases d'exploitation, élément constitutif du Dossier d'Autorisation de Construction du Stockage (DAC). Les écoulements dans les dispositifs de ventilation et de stockage sont typiquement constitués de mélange eau/air, en phase purement gazeuse dans les couloirs de ventilation, en phase gazeuse et liquide dans le milieu poreux. Ils sont décrits par:
- les équations de Navier-Stokes (NVS) pour la vitesse du gaz en milieu libre, les composants air et vapeur d'eau obéissant à cette même vitesse et vérifiant des équations de convection-diffusion, tout comme la température, supposée commune (hypothèse d'équilibre thermique);
- dans le milieu poreux, coexistent les phases liquide et gazeuse contenant les deux constituants eau/air, la vitesse de chaque phase étant maintenant déterminée par la loi de Darcy.

La thèse proposée fait suite à celle de Yumeng Zhang qui s'achève en septembre 2015 et qui a débouché sur un algorithme de splitting préservant les couplages forts à l'interface et relaxant les couplages faibles. Cet algorithme a été validé sur un modèle réduit couplant un modèle 3D dans le milieux poreux à un modèle 1D dans la galerie puis sur un modèle 2D-2D utilisant dans la galerie un modèle NVS linéarisé autour d'un profil turbulent stationnaire. L'objectif de cette nouvelle thèse est d'améliorer cet algorithme de couplage et de l'étendre à des configurations physiques et géométriques plus complexes. De façon à pouvoir coupler des codes différents dans le milieu poreux et dans la galerie, l'algorithme de couplage doit être rendu moins intrusif en séparant les calculs dans les domaines poreux et dans le milieux libre. On utilisera pour celà des méthodes de décomposition de domaine. On étendra ensuite l'algorithme à des discrétisations non conformes à l'interface entre le milieux poreux et la galerie. Enfin l'algorithme de couplage sera étendu à des modèles plus complexes que celui étudié dans la thèse de Yumeng Zhang. On considèrera notamment le couplage du modèle Darcy diphasique - Navier Stokes avec la conservation de l'énergie à la fois dans le milieu poreux et dans la galerie. Les échanges thermiques jouent en effet un rôle essentiel dans le stockage et ont une forte influence sur les phènomènes d'évaporation étudiés. Une autre question plus ouverte en terme de modèlisation est l'apparition de la phase liquide à l'interface lors de l'arrêt de la ventilation non prise en compte par le modèle actuel. Une façon de traiter partiellement ce problème consiste à remplacer les conditions d'interface par des conditions de type signorini de façon à laisser passer la phase liquide dans la galerie dans le cas où la phase gaz devient saturée en eau.En terme d'analyse numérique de nombreuses questions ouvertes par la thèse de Yumeng Zhang restent à étudier, notamment le cas de discrétisations non conformes à l'interface, la convergence pour le modèle couplant les équations de Richards et Stokes, ou encore les conditions limites de type signorini à l'interface.
Euro
These-Couplage-DarcyDiphasique-NVS.pdf
Tue, 09/01/2015