Numerical approach by kinetic methods of transport phenomena in heterogeneous media

Les phénomènes de transport en milieux poreux sont étudiés depuis près de deux siècles, cependant les travaux concernant les milieux fortement poreux sont encore relativement peu nombreux. Les modèles couramment utilisés pour les poreux classiques (lits de grains par exemple) sont peu applicables po...

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Main Author: Jobic, Yann
Other Authors: Aix-Marseille
Language:en
fr
Published: 2016
Subjects:
Online Access:http://www.theses.fr/2016AIXM4723/document
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spelling ndltd-theses.fr-2016AIXM47232017-07-12T04:29:01Z Numerical approach by kinetic methods of transport phenomena in heterogeneous media Approche numérique, par des méthodes cinétiques, des phénomènes de transport dans les milieux hétérogènes Navier-Stokes incompressible Schéma de séparation de flux Inégalité entropique Reynolds de maille Dispersion longitudinale Tenseur de perméabilité Scalaire passif Vector BGK schemes Flux vector splitting Incompressible Navier-Stokes equations Low Mach number limit Discrete entropy inequality Cell Reynolds number Lattice Boltzmann schemes Longitudinal dispersion Permeability tensor Les phénomènes de transport en milieux poreux sont étudiés depuis près de deux siècles, cependant les travaux concernant les milieux fortement poreux sont encore relativement peu nombreux. Les modèles couramment utilisés pour les poreux classiques (lits de grains par exemple) sont peu applicables pour les milieux fortement poreux (les mousses par exemple), un certain nombre d’études ont été entreprises pour combler ce manque. Néanmoins, les résultats expérimentaux et numériques caractérisant les pertes de charge dans les mousses sont fortement dispersés. Du fait des progrès de l’imagerie 3D, une tendance émergente est la détermination des paramètres des lois d’écoulement à partir de simulations directes sur des géométries reconstruites. Nous présentons ici l’utilisation d’une nouvelle approche cinétique pour résoudre localement les équations de Navier-Stokes et déterminer les propriétés d’écoulement (perméabilité, dispersion, ...). A novel kinetic scheme satisfying an entropy condition is developed, tested and implemented for the simulation of practical problems. The construction of this new entropic scheme is presented. A classical hyperbolic system is approximated by a discrete velocity vector kinetic scheme (with the simplified BGK collisional operator), but applied to an inviscid compressible gas dynamics system with a small Mach number parameter, according to the approach of Carfora and Natalini (2008). The numerical viscosity is controlled, and tends to the physical viscosity of the Navier-Stokes system. The proposed numerical scheme is analyzed and formulated as an explicit finite volume flux vector splitting (FVS) scheme that is very easy to implement. It is close in spirit to Lattice Boltzmann schemes, but it has the advantage to satisfy a discrete entropy inequality under a CFL condition and a subcharacteristic stability condition involving a cell Reynolds number. The new scheme is proved to be second-order accurate in space. We show the efficiency of the method in terms of accuracy and robustness on a variety of classical benchmark tests. Some physical problems have been studied in order to show the usefulness of both schemes. The LB code was successfully used to determine the longitudinal dispersion of metallic foams, with the use of a novel indicator. The entropic code was used to determine the permeability tensor of various porous media, from the Fontainebleau sandstone (low porosity) to a redwood tree sample (high porosity). These results are pretty accurate. Finally, the entropic framework is applied to the advection-diffusion equation as a passive scalar. Electronic Thesis or Dissertation Text en fr http://www.theses.fr/2016AIXM4723/document Jobic, Yann 2016-09-30 Aix-Marseille Occelli, René Graour, Irina
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language en
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Schéma de séparation de flux
Inégalité entropique
Reynolds de maille
Dispersion longitudinale
Tenseur de perméabilité
Scalaire passif
Vector BGK schemes
Flux vector splitting
Incompressible Navier-Stokes equations
Low Mach number limit
Discrete entropy inequality
Cell Reynolds number
Lattice Boltzmann schemes
Longitudinal dispersion
Permeability tensor

spellingShingle Navier-Stokes incompressible
Schéma de séparation de flux
Inégalité entropique
Reynolds de maille
Dispersion longitudinale
Tenseur de perméabilité
Scalaire passif
Vector BGK schemes
Flux vector splitting
Incompressible Navier-Stokes equations
Low Mach number limit
Discrete entropy inequality
Cell Reynolds number
Lattice Boltzmann schemes
Longitudinal dispersion
Permeability tensor

Jobic, Yann
Numerical approach by kinetic methods of transport phenomena in heterogeneous media
description Les phénomènes de transport en milieux poreux sont étudiés depuis près de deux siècles, cependant les travaux concernant les milieux fortement poreux sont encore relativement peu nombreux. Les modèles couramment utilisés pour les poreux classiques (lits de grains par exemple) sont peu applicables pour les milieux fortement poreux (les mousses par exemple), un certain nombre d’études ont été entreprises pour combler ce manque. Néanmoins, les résultats expérimentaux et numériques caractérisant les pertes de charge dans les mousses sont fortement dispersés. Du fait des progrès de l’imagerie 3D, une tendance émergente est la détermination des paramètres des lois d’écoulement à partir de simulations directes sur des géométries reconstruites. Nous présentons ici l’utilisation d’une nouvelle approche cinétique pour résoudre localement les équations de Navier-Stokes et déterminer les propriétés d’écoulement (perméabilité, dispersion, ...). === A novel kinetic scheme satisfying an entropy condition is developed, tested and implemented for the simulation of practical problems. The construction of this new entropic scheme is presented. A classical hyperbolic system is approximated by a discrete velocity vector kinetic scheme (with the simplified BGK collisional operator), but applied to an inviscid compressible gas dynamics system with a small Mach number parameter, according to the approach of Carfora and Natalini (2008). The numerical viscosity is controlled, and tends to the physical viscosity of the Navier-Stokes system. The proposed numerical scheme is analyzed and formulated as an explicit finite volume flux vector splitting (FVS) scheme that is very easy to implement. It is close in spirit to Lattice Boltzmann schemes, but it has the advantage to satisfy a discrete entropy inequality under a CFL condition and a subcharacteristic stability condition involving a cell Reynolds number. The new scheme is proved to be second-order accurate in space. We show the efficiency of the method in terms of accuracy and robustness on a variety of classical benchmark tests. Some physical problems have been studied in order to show the usefulness of both schemes. The LB code was successfully used to determine the longitudinal dispersion of metallic foams, with the use of a novel indicator. The entropic code was used to determine the permeability tensor of various porous media, from the Fontainebleau sandstone (low porosity) to a redwood tree sample (high porosity). These results are pretty accurate. Finally, the entropic framework is applied to the advection-diffusion equation as a passive scalar.
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