Simulation avec maillage mobile

L'étape finale de ce projet et de mettre en commun notre étude sur les modèles de turbulence avec le travail sur le maillage mobile réalisé par le groupe 23.

 

Caractéristiques du maillage mobile

 

L'équipe maillage mobile n'a pas utilisé le même maillage que nous, mais à mailler son propre domaine de calcul comme suivant :

- une zone à l'arrière du train où les mailles sont étirées,

- la zone du train où les mailles ne se déforme pas, cette zone est juste translatée,

- une zone à l'avant où les mailles sont compressées.

Ils ont ensuite défini un critère de compression des mailles qui impose de remailler les domaines aval et amont avant de reprendre les calculs. Toutes les tâches ont été automatisées à l'aide d'un script en bash.

On ne peut plus imposer les mêmes conditions aux limites qu'en maillage fixe. En maillage mobile, on n'est plus dans le cas d'un écoulement en soufflerie, la condition en vitesse imposée est celle du train et non celle d'un écoulement.

La vitesse du train est donc fixé à $40m.s^{-1}$, le train se déplaçant de la gauche vers la droite, maintenant. De plus, l'air n'étant pas au repos dans le tunnel, un écoulement de $20m.s^{-1}$ dans le même sens que le déplacement du train est initialisé à l'aval de celui-ci, afin de se rapprocher de la réalité du phénomène.

Plus de renseignements sont disponible ici.

 

Mise en place de la turbulence

 

Ce qui ressort de notre étude est que le modèle $k - \omega  SST$ donne les meilleurs résultats. De plus c'est un modèle complet et qui est capable de résoudre la sous-couche visqueuse pour des maillages raffinés comme le maillage crée par le groupe $23$, plus raffiné ($y_{min}^{+} = 2,5$) que celui utilisé pour notre étude. 

Pour la partie nous concernant, c'est à dire les fichiers $k$ et $\omega$, nous avons dû modifier les conditions aux limites afin de les adapter aux noms des patchs choisis par le groupe Maillage mobile.

De plus, lors du cas avec le maillage fixe, nous avions parlé de la création automatique d'un fichier nut lors de la simulation. Ici, il est nécessaire de paramètrer ce fichier. En effet, le $y^{+}$ étant suffisamment faible aux parois du train, il convient de placer la première maille dans la sous-couche visqueuse afin de résoudre correctement la couche limite. Pour cela on applique aux parois du train la condition limite suivante : nutLowReWallFunction, afin de prendre en compte l'approche Low Reynolds aux parois. La valeur de $\nu_t$  aux parois sera fixée à 0.

Pour les valeurs du modèle $k-\omega  SST$, nous avons choisi une intensité turbulente de $5$% soit $k = 1,5 m^{2}.s^{-2}$ et $\omega = 319,4 s^{-1}$. La valeur de nut en entrée et en sortie sera calculé automatiquement grâce à la fontion calculated.

Voici, par exemple, le fichier nut utilisé lors de la simulation avec le maillage mobile.

 

Résultats

Voici l'établissement du champ de vitesse à l'arrière du train avec une caméra fixe au niveau du train mobile :

Ou à un instant donné :

On remarque cependant qu'à l'arrière du train le maillage n'est pas assez raffiné en proche paroi, le comportement de la couche limite est donc peu fiable.

Pour le champ de pression, on retrouve quelque chose de comparable au cas du maillage fixe. Cependant, la gamme de valeur n'est pas la même que précédemment,  le régime stationnaire n'étant pas atteint ici. Nous n'avons en effet pas pu simuler suffisamment de temps physique pour l'atteindre ( limitation par la longueur finie du domaine et temps de calcul long).

Du fait de certains problèmes survenus lors des calculs (arrêt inexpliqué en plein milieu de la simulation...) et du temps important pour obtenir un résultat sur les machines à notre disposition, nous n'avons pas pu exploiter entièrement le cas du maillage mobile.