Simulation

Dans l'étude de notre cas nous allons utiliser le logiciel ANSYS Fluent pour réaliser toutes nos simulations.

En premier lieu, nous avons lancé des simulations pour un cas sans baffles pour le prendre comme référence et comparer les hauteurs maximales atteintes par la surface libre de tous les autres cas.

En suite, nous avons jouer sur trois critères: la porosité des plaques, leur nombre ainsi que leur orientation.

La porosité des plaques est représentée sous Fluent par un coefficient de perte de charge inertiel (C2) dont les valeurs ont été fournies par l'entreprise.

Le tableau suivant synthétise les différents cas de porosité étudiés:

 

Pour le nombre de plaques, nous avons simulé un cas à deux plaques puis trois plaques et enfin à cinq plaques.

Par contre pour leur orientation, notre choix s'est porté sur une configuration de plaques orientées à 45°.

Maillage

La première étape avant toute simulation est de créer la structure, la géométrie qui définira notre domaine d'étude. Dans notre cas c'est un ballon horizontal. Sa particularité est sa longueur importante.

Pour créer nos maillages nous avons utilisé tout au long de notre projet le logiciel ANSYS IcemCFD

Vu que le problème traité est un problème 2D, nous avons pensé que cela serait judicieux d'introduire un maillage orthogonal. Mais au fur et à mesure de l'avancement du projet nous étions obligé de changer notre maillage et d'introduire des modifications comme ajouter des points ou des courbes à l'intérieur du maillage, ou passer d'un maillage orthogonal à un maillage Hexa triangulaire.

Mais on est toujours parti de la géométrie de base illustrée ci dessous:

 

Géométrie sans baffles

Comme nous l'avons mentionnés dans la première partie, nous avons commencer par créer un maillage orthogonal pour la première géométrie sans baffles.

Pour cela on a choisi d'introduire par sélection sur l'écran quatre autres points sur la courbe, comme illustré ci dessous. Nous allons expliqué ce choix par la suite:

Les coordonnées de ces nouveaux quatre points ne sont pas importantes, tant qu'ils se situent de tel façon qu'on ait un point dans la partie supérieur de l'arc à gauche [ à droite], et dans la partie inférieur de l'arc à gauche [ à droite].
L'intérêt ainsi est de créer au lieu de deux arcs, quatre arcs: deux à droite et deux à gauche. Ce qui nous fait 6 courbes au total.

On pourra ainsi par la suit dans Blocking, d'associer ces 6 courbes à 6 edges découpés antérieurement au niveau des deux points de hauteur 2.25 m selon y, des deux points tel que x=-1.125 et x=20.75

Ce qui nous donne à la fin en maillant orthogonalement les maillages ci dessous:

On créera juste une partie par la suite correspendant au mur, qu'on nommera wall

Géométrie avec baffles

Dans cette partie on était obligés de passer au maillage Hexa, car pour pouvoir visualiser les baffles sur fluent et leur atribuer la condition limite 'porous-jump' il falliat ces courbes en 1D.

Donc après avoir créer les 6 courbes d'avant. Par souci de symétrie, on ajoutra une courbe reliant les deux points de coordonnées y = 2.25m. Puis on créera deux surfaces une supérieur et une inférieur comme illustré ci dessous:

Après cela, on passe diréctement à l'onglet 'Mesh'
->  Global Mesh Setup:
             - Sous le premier onglet: On fixe le 'scale factor' à 0.25; et 'Max element' à 0.5.
             - Sous le deuxième onglet: On séléctionne par exemple All Quad dans 'Mesh type' et
                Patch Independent dans 'Mesh mthod.

-> Curve Mesh Setup:
               On sélectionne les 7 courbes illustrés avant, plus les courbes représentant les               baffles eton fixe le Maximum size à 0.2.

-> Sous 'Compute Mesh', deuxième onglet on séléctionne Hexa-Dominant dans Mesh type. Puis on Compute.

Les géométries et maillages utilisés dans les simulation sont illustrés ici.

Configuration

Concernant nos cas d'étude, qui mettent en avant l'évolution de la surface libre le long de notre structure par rapport au temps, le modèle adapté est le VOF (Volume Of Fluid) avec la configuration suivant:

* Un modèle à deux phases (eau/air).

* Utilisation d'une UDF en termes source pour décrire le mouvement de la houle marine (fournie par l'entreprise).

* Initialisation des solutions avec définition de la hauteur du liquide à la mi-hauteur du réservoir en utilisant un patch.

Sans baffles

Dans le cas de référence, cas sans baffles, nous allons vous présenté les différents cas de la surface libre correspondant aux différentes périodes du mouvement.

D'après la littérature, on retrouve dans cette figure le cas de la résonance, où la période du mouvement correspond à la période propre du système.

On retrouve trois différents autres cas:

* Pour des périodes très faibles: régime chaotique.

* Pour des périodes intermédiaires: superposition de vagues.

* Quand la période augmente, on ne remarque que l'inclinaison du liquide.

Comparaison

A cette étape, nous vous présenterons les différentes comparaisons faites pour différentes configurations dans le but d'atténuer le ballottement.

 

 

Taux de porosité

Nous commencerons par comparer deux cas pris au hasard. La hauteur du fluide atteinte pour une porosité à un taux de 15% comparée à la hauteur atteinte pour un taux de 35% sont présentées dans le graphique suivant:

Nous remarquons que la courbe rouge représentant le cas de porosité à 15% tend toujours à être et à se mettre au-dessus de celle des 35% de porosité. Dans ce cas là nous pouvons tirer une conclusion et dire que notre surface libre atteint des hauteurs moins élevées avec une configuration de trois baffles à un taux de porosité de 35% que la même configuration avec un taux de 15%.

 

Ci-dessous est présenté le graphe mettant en évidence la comparaison entre les différents taux de porosité avec la référence (cas sans sans baffles).

 

Nous voyons clairement sur ce graphique que la configuration à 35% de taux de porosité atténue considérablement la hauteur maximale atteinte par le fluide.

Nous avons, par conséquent, décidé de prendre ce taux de perforation comme repère de comparaison pour nos prochains cas d'étude.

Orientation des baffles

Comme précisé auparavant, notre choix s'est porté sur une configuration de baffles inclinées à 45°. Ci-dessous une illustration de l'emplacement des baffles:

 

Nous avons fait une comparaison entre une configuration à trois baffles avec un taux de 35% de porosité à un angle droit contre un angle de 45°.

Le graphique suivant représente les hauteurs maximales atteintes par le fluide:

En conclusion à cette partie, l'inclinaison des baffles a un effet remarquable dans la diminution de la hauteur atteinte par le fluide.

Nombre de baffles

Commençons par vous présenter la configuration à cinq baffles:

Une configuration axisymétrique par rapport à la baffles principale (celle du milieu) avec un taux de porosité de 35%. Nous avons comparé ce cas à celui de trois baffles ainsi qu'à la configuration de référence (sans baffles).

Le graphique suivant illustre cette comparaison par rapport à la hauteur atteinte par la surface libre:

Une configuration à trois baffles reste meilleure quant à sa comparaison par rapport à celles à cinq baffles et sans baffles.