Recherche et développement interne
Recherche et développement interne
Depuis plusieurs années, nous avons mis en place en interne, un programme de R&D en CFD. Ce programme se concentre sur le développement de méthodes numériques et de solveurs dans le contexte d’un écoulement diphasique sous OpenFOAM.
Afin de nous doter d’un outil de calculs performant pour nos activités dans les domaines maritime et offshore, nous avons décidé de développer marineFoam, un solveur diphasique incompressible. marineFoam bénéficie d’une méthode de calcul de type VoF (différente de celle utilisée par interFoam) et utilise la méthode Ghost Fluid (GFM) pour résoudre les problèmes de discontinuités physiques (densité et pression) lors de la traversée d’une interface entre deux fluides non miscibles.
Par exemple, dans les domaines maritime et offshore, cette méthode améliore considérablement les calculs des vagues en éliminant les accélérations parasites de la phase légère. D’autre part, la formulation VoF est basée sur les schémas algébriques (MCICSAM, CICSAM, HRIC, MHRIC, BICS …) pour le transport de la fonction indicatrice de phase. Notez que nous avons codé nos bibliothèques personnalisées à partir de zéro. Du point de vue 6 DoF, nous avons également développé de nombreuses fonctionnalités pour augmenter la robustesse et les capacités du solveur 6 DoF standard d’OpenFOAM. Par exemple, nous utilisons la méthode prédicteur/correcteur Adams Bashforth Moulton pour calculer les mouvements 6 DoF. Nous travaillons également dans le domaine de la théorie des disques hélices pour les simulations d’hélices.
Enfin, nous promouvons également ces évolutions pour d’autres secteurs d’activité comme le nucléaire.
La "Ghost Fluid" Méthode (GFM)
Fedkiw et coll. (1999) ont initialement proposé la GFM pour la gestion des sauts de densité dans le cadre d’écoulements compressibles. La méthode a fait l’objet de diverses extensions (Huang et al. (2007), Vukčević et al. (2017)).
De plus, la GFM est un moyen puissant de résoudre le problème de vitesses d’air parasites qui se produisent en raison du déséquilibre entre les gradients de pression et de densité pendant le couplage pression-vitesse. La méthode permet d’obtenir un saut de pression dynamique et de densité discret à la traversée de la surface libre (comme nous pouvons l’observer sur ces vidéos). Ceci est réalisé numériquement en imposant une condition de saut menant à des schémas d’interpolation corrigés à l’interface.
La GFM améliore également considérablement les simulations de propagation de vague.
Amélioration du mouvement 6 DoF
Pour la conception de navires et les simulations maritimes complexes, il est très souvent nécessaire de disposer d’un solveur 6 DoF robuste et puissant. Ainsi, nous avons augmenté les capacités du solveur 6 DoF d’OpenFOAM. Comme mentionné précédemment, nous utilisons par exemple une méthode prédicteur/correcteur pour intégrer les forces et les moments. La vidéo ci-contre montre la simulation d’un navire auto-propulsé dans une houle frontale avec un mouvement 3 DoF. Cette bibliothèque personnalisée nous permet de combiner des techniques de maillage glissant, de maillage déformé et de maillage mobile tout en gérant les hiérarchies entre deux corps.
