Unité de Mécanique de Lille (UML)

Joseph Boussinesq

Équipe d'Accueil 7512, Université de Lille

Interaction Fluide Structure (IFS)

Responsable : M. Souli (Prof)

 

L’objectif de cette Thématique Transversale (TT) est de réunir différentes compétences impliquées dans le développement des méthodes théoriques et numériques pour la résolution des problèmes de couplage fluide-structure mais plus généralement des problèmes multi-physiques qui se posent à la fois au niveau scientifique mais aussi au niveau de nombreux champs d’application. Cette démarche implique la prise en compte des complexités matérielles en fluide, en solide et leur interaction. Les problèmes posés en Interaction Fluide Structure (IFS) concernent la modélisation des problèmes de l'interaction du fluide compressible ou incompressible avec la structure. Les phénomènes physiques observés peuvent être différents selon la nature de l'écoulement. Dans les méthodes numériques en IFS, pour un écoulement compressible, il est essentiel de prendre en compte le changement de phase ou la cavitation à l’interface fluide structure. En effet, ces phénomènes physiques ont pu être observés dans de nombreux cas d’espèce et sans être exhaustif,  nous pouvons citer :

Les explosions sous-marines lorsque la charge est proche de la structure.
Le phénomène de Flashing dans l’industrie nucléaire ou pétrolière : au contact de l’eau chaude, l’eau froide étant proche de la courbe de saturation va instantanément se vaporiser ce qui peut générer une poche de vapeur à l’interface fluide-structure.

Ainsi, parmi les différentes études effectuées au sein du laboratoire, nous pouvons citer la problématique d’une structure en présence d’un fluide compressible et en présence d’un fluide incompressible :

Le phénomène dit de coup de bélier apparait lors de la fermeture rapide d’une vanne dans une tuyauterie (nucléaire ou pétrolière). Cela provoque une onde de choc qui est suivie par la création d’une poche de vapeur ou cavitation. La structure au comportement mécanique élasto-plastique est donc soumise à l’onde de choc suivi d’un chargement secondaire provenant de la cavitation. Ce chargement secondaire peut induire des déformations importantes préjudiciables à la sûreté de l’installation. C’est pourquoi la prise en compte du changement de phase liquide-vapeur est indispensable si l’on veut modéliser de manière efficiente le couplage fluide structure. Des modèles de changement de phases existent dans la littérature mais le couplage avec la structure est une problématique assez récente sur laquelle nous nous sommes penchés. Les modèles numériques que nous développons au UML sont comparés à des résultats expérimentaux obtenus dans le cadre d’une collaboration avec Narvik University en Norvège.

Le second cas concerne la déformation d’un réservoir d’avion due au ballotement du fuel à l’intérieur (voir la figure). Lors des différentes manœuvres de pilotage, décollage, atterrissage et changement de trajectoire, mais aussi lors du remplissage en Kérosène d’un réservoir d’avion pressurisé, les effets de ballotement du fuel sur les vibrations de la structure flexible doivent être pris en compte. Un des problèmes qui se pose actuellement en aéronautique est d’optimiser la position et la conception des structures perforées séparant les compartiments d’un réservoir, afin d’atténuer l’effet du chargement hydrodynamique sur la structure du réservoir.

 Projet Européen 'SAFUEL'  FP7 (2012-2016).

                                                                            

Figure 1 : Simulation numérique du remplissage du réservoir : Projet Européen 'SAFUEL'  FP7 (2012-2016).