Projet ANR-12-IS04-0003 – DEPART : Modèles de Boltzmann sur réseaux pour la prédiction de la déposition de particules inertielles transportées par un écoulement turbulent
Programme : Blanc International II - SIMI 4 - Physique (Blanc Inter II - SIMI 4) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier SIMONIN (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse)
Partenaires : Academia Româna; Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse; Laboratoire Plasma et Conversion d'Énergie
Montant : 175552.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Lors de leur introduction, les techniques de Boltzmann sur réseau étaient conçues pour la simulation d'écoulements de gaz compatibles avec l'hypothèse d'équilibre thermodynamique local. En tant que telles ces techniques étaient perçues comme des alternatives aux méthodes numériques de résolution des équations de Navier-Stokes, et il y a quelques années il aurait encore été considéré comme dénué de sens de penser aux méthodes de Boltzmann sur réseau pour l'étude de systèmes aussi loin de l'équilibre que la phase dispersée dans des écoulements turbulents chargés en particules à proximité de surfaces solides.
Mais plusieurs groupes de recherche dans le domaine de la physique statistique et de la microfluidique (dont deux des partenaires du présent projet) ont commencé à faire mention de succès associés à la mise en œuvre d'algorithmes de Boltzmann sur réseau  pour l'étude de gaz très raréfiés, effectuant seulement des modifications mineures (concernant les paramètres et ordres des quadratures) sur les algorithmes les plus communément employés dans la littérature du proche-équilibre. Ces résultats surprenants ont été rapidement interprétés théoriquement à l'aide d'expansions de Knudsen relativement usuelles, et cela a ouvert un nouveau champ de recherche dans lequel statisticiens et mécaniciens des fluides explorent aujourd'hui plus avant les conditions d'applicabilité de telles approches, et tentent de concevoir de nouveaux algorithmes dans le même esprit (essentiellement en affinant les modèles à vitesses discrètes sous-jacents, ou les conditions aux limites, à partir des images physiques disponibles dans le monde la microfluidique).
Le principal objectif du projet présenté est d'initier une dynamique de recherche similaire dans le domaine de la modélisation des interactions particule-turbulence, en pensant essentiellement aux tentatives actuelles de prédire la déposition de particules le long de surfaces solides dans les industries énergétiques et chimiques, notamment l'industrie du charbon. Notre consortium regroupe trois groupes de recherche qui ont déjà effectué deux travaux préliminaires dans des interactions bipartites : l'un concernant les propriétés d'anisothermie des écoulements très éloignés de l'équilibre (un point qui est essentiel lorsque l'on souhaite s'intéresser à des particules transportées par un écoulement turbulent en proche paroi), et l'autre concernant la mise en œuvre d'algorithmes de Boltzmann sur réseau existant, sans modification aucune, pour la simulation d'interactions particule-turbulence dans des configurations académiques. Ces travaux préliminaires ont établit la faisabilité de notre approche et nous ont permis de l'introduire comme une alternative aux techniques usuelles de simulation numérique de l'interaction entre la turbulence et le transport particulaire (loin des parois). Elles nous ont également aidés à définir précisément les actes théoriques et numériques envisagés dans la première phase du présent projet. Dans la suite, nos recherches se concentreront sur la question suivante : jusqu'où pouvons-nous espérer aller dans la représentation des forts gradients de température, par rapport aux résultats des travaux préliminaires, et par conséquent, quelle est l'étendue réelle de la plage d'applicabilité de notre proposition de modélisation du dépôt de particules sur les parois solides ?