Présentation du problème sur OpenFOAM

Après avoir établi une nomenclature des cuves agitées et développé les méthodes de post traitement, l'objectif est de comparer les différentes stratégies de simulation d'un système agité (cuve agitée) pour un régime turbulent avec le code OpenFOAM. Souvent, on utilise l'une des trois stratégies suivantes. L'approche à référentiel Simple (Simple Reference Frame/SRF), l'approche à référentiels multiples (Multiple Reference Frame/MRF) et l'approche maillage glissant (Moving Mesh).

 

 

Simple Reference Frame

On associe le système agité à un seul référentiel tournant avec la vitesse de rotation du rotor. Dans ce cas, les équations dans le référentiel tournant sont résolues pour tout le domaine avec la force de Coriolis.

 

 

Multiple Reference Frame

Dans cette approche, le domaine est divisé en deux parties. Une partie autour de l'agitateur est simulée dans un repère tournant avec l'agitateur (un référentiel tournant) et les équations sont résolues avec un terme en plus : le terme de Coriolis. Pour le reste du domaine (la deuxième partie), les équations sont résolues en repère fixe.

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L'approche MRF ne tient pas compte du mouvement relatif  d'une zone mobiles par rapport à des zones adjacentes (qui peuvent être mobiles ou stationnaires), le maillage reste immobile pour le calcul. Cela est analogue à la congélation du mouvement de la partie mobile dans une position spécifique et on observe le champ de l'écoulement instantané autour le rotor à cette position.  On appelle cette aussi cette méthode la méthode du frozen rotor ou agitateur gelé.

Cette approche est approximative mais elle a l'avantage de mettre en jeu des calculs stationnaires (le maillage est immobile) et donc plus rapide.

 

 

Moving Mesh

La méthode de simulation la plus exacte consiste à utiliser le moving mesh. Pour le moving mesh, le maillage est construit de la même façon que pour MRF, mais les équations sont résolues en instationnaire. A chaque pas de temps, le maillage de la partie centrale tourne avec le rotor et l'interface entre les deux zones est recalculé. Pour obtenir des résultats fiables, il ne faut pas que la rotation de l'agitateur(et donc du maillage de la partie centrale) dépasse 5 degrés par pas de temps.

Image : OpenFOAM Project : Different ways to treat rotating geometries par Olivier Petit

Ici, on voit bien que le maillage du référentiel tournant tourne en fonction de temps.