Etude numérique 3D

Après avoir réalisé ces études théorique et numérique 2D, nous allons maintenant traiter le cas 3D. Par manque de temps, nous n'avons pas pu développer cette étude jusqu'où nous aurions aimer. Cependant, nous avons quelques résultats intéressants, qui méritent d'être cités dans ce compte rendu.

 

1. La géométrie 3D

 

La géométrie que nous avons considéré dans le cas 3D est différente du cas 2D précédemment décrit. Le maillage étant bien plus important que dans le cas présent, nous avons décidé de réduire la taille de notre "boîte" représentant le milieu ambiant. Et toute la difficulté de cette modélisation 3D apparaît alors: le maillage étant bien plus important que pour la modélisation numérique 2D, nous devons trouver un moyen de le réduire, sans pour autant négliger la précision des calculs. C'est pour cela que nous 'jouons' avec la taille de notre domaine (la boîte). En effet, afin de modéliser correctement les phénomènes de turbulence, nous devons garder un raffinement important de notre maillage au niveau du diffuseur et des trous injecteurs. Cela a pour effet d'augmenter de manière considérable le nombre de maille et donc les temps de calcul. Ainsi, si nous voulons éviter de négliger ces effets turbulent tout en gardant des temps de calcul convenable, nous devons modifier la taille de notre domaine. Pour cela, nous utiliserons la géométrie suivante.

 


 

Figure 32: Représentation de la géométrie 3D utilisé dans le cadre de cette étude.

 

La figure 32 représente la géométrie 3D que nous avons mise en place afin de mener à bien cette étude 3D. Afin de réduire les temps de calcul, nous limitons la hauteur de la 'boîte' contenant le domaine à 11m. Le domaine d'étude est alors contenu dans un parallélépipède rectangle d'une longueur de 12,5m, d'une hauteur de 11m et d'une profondeur de 3,5m. Le diffuseur quand à lui est un parallélépipède rectangle d'une longueur de 10m, d'une hauteur de 1m et d'une profondeur de 1m également. Il est nécessaire de noter que nous n'utilisons, pour réaliser les simulations, que la moitié de la géométrie, et que la face verte de la figure 6 est une face de symétrie, permettant ainsi donc de réduire de façon significative les temps de calcul.

Les injecteurs sont représentés par des demi-cylindres de diamètres différents. En effet, afin de pendre en compte les pertes de charges dans le diffuseur, nous avons décider d'augmenter le diamètre des orifices de sortie linéairement. Plus la distance à l'entrée du diffuseur sera importante, et plus le diamètre des orifices sera augmenté. Le but étant que chaque orifice puisse délivrer un débit relativement important. Car si nous gardions les injecteurs de même diamètre tout au long du diffuseur, les pertes de charge régulière et singulière (au niveau de chaque orifice) entraînerait une diminution du débit évacué par les orifice au fur et à mesure que le fluide se propage dans le diffuseur.

 

2. Le maillage du domaine

 

La géométrie a été créée à l'aide du logiciel Stardesign puis importée sous ICEM-CFD afin d'en réaliser le maillage.

 

Figure 33: Maillage de la géométrie.

 

La figure 33 représente le maillage du domaine précédemment décrit. Nous pouvons remarqué que ce dernier est raffiné au niveau du diffuseur et autour des orifices d'injection des effluents dans le milieu, dans le but de prendre en compte correctement les phénomènes de turbulence. De même que dans le cas du maillage 2D, des lois de décroissance bi-géométrique ont été mise en place afin d'assurer la continuité du maillage.

a)

b)

Figure 34: Maillage des demi-cylindres

34-a) Vue de face

34-b) Vue de dessus

 

La figure 34 représente le maillage des demi-cylindre à l'aide d'un "ogrid'" C'est outils d'ICEM-CFD permet de mailler de manière précise les formes cylindriques, et permet d'assurer la continuité avec un maillage cartésien, comme nous pouvons le voir sur la figure 34-b).

 

3. Le modèle et les conditions aux limites

 

Le modèle qui va être utilisé dans le cadre de ces simulations numérique 3D est identique à celui qui a été introduit dans le cadre de l'étude préliminaire sans diffuseur.

 

Les conditions aux limites sont assez semblables à celles qui ont été introduites dans le cas de la simulation numérique 2D.

 

Figure 35: Représentation des conditions aux limites.

 

Sur la figure 35 sont représentées les différentes conditions aux limites que nous avons instaurées pour réaliser la simulation numérique 3D. Les conditions sont les suivantes:

  • en entrée nous imposons une vitesse ('velocity inlet') de 0,3125m.s-1,
  • au niveau du sol (appelé paroi sur la figure 35), nous mettons en place un mur ('wall'),

  • sur la symétrie est imposée une condition de symétrie ('simmetry'),

  • sur chacune des autres faces (la face bleu sur le côté droit de la figure, mais également les 3 autres faces de la figure que nous ne pouvons voir), représentant des frontières liquides, sont imposés des conditions de pression ('pressure outlet'). La pression hydrostatique est introduite à l'aide de table sur les faces verticales de la géométrie, et une pression constante est imposée sur la face horizontale supérieure.

 

4. Résultats et interprétations

 

Nous pouvons alors procéder aux simulations numériques. Nous mettons en places de configurations, en modifiant les vitesses en entrée pour pouvoir injecter les effluents à une hauteur plus ou moins importante dans le milieu. Les résultats obtenus ne sont pas complets. En effet, nous n'avons pas eu le temps de réaliser une simulation complète. Notre maillage étant relativement important, le temps d'itération s'est avéré être très important. Et nous n'avons pu obtenir des simulations plus poussées dans le temps que nous avions. Cependant, nous allons exposer ci-après les résultats que nous avons obtenus.

 

Figure 36: Représentation 3D de la dispersion des effluents dans le milieu.


Sur la figure 36, nous pouvons observer la dispersion des effluents dans le milieu pour une simulation 3D et une vitesse en entrée de 0,3125m.s-1. Nous pouvons voir que la simulation n'est pas allé jusq'au bout, puisque les effluents se sont seulement élevés dans le milieu, mais ne sont pas redescendus du fait de leur importante masse volumique.



 

Figure 37: Représentation 3D de la dispersion des effluents dans le milieu.


Sur la figure 37, nous pouvons observer la dispersion des effluents dans le milieu pour une simulation 3D et une vitesse en entrée de 1,7405m.s-1. Là également, nous voyons que la simulation n'a pas atteint son but car les effluents ne sont pas retombés vers le fond de l'océan. Il y a encore matière poru travailler sur ce projet. En effet, et après avoir réalisé ces simulations 3D à de petites échelles, l'étude peut être agrandie aux grandes échelles afin de comprendre le comportement des effluents dans l'ensemble de l'anse de Vavouto.

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