Muses3D

Fiche dév Ens Sup - Recherche
  • Création ou MAJ importante : 27/09/10
  • Correction mineure : 19/04/13
Mots-clés

Muses3D : simulation de la dynamique de brouillards de gouttes polydispersées

Ce logiciel a été développé (ou est en cours de développement) dans la communauté de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche. Son état peut être variable (cf champs ci-dessous) donc sans garantie de bon fonctionnement.
  • Site web
  • Système : UNIX-like
  • Version actuelle : 1.1 - mai 2010
  • Licence(s) : choix en cours, contacter l'auteur
  • Etat : utilisé en interne
  • Support : maintenu, développement en cours
  • Concepteur(s) : S. de Chaisemartin, L. Fréret, F. Laurent, M. Massot
  • Contact concepteur(s) : marc.massot at em2c.ecp.fr
  • Laboratoire(s), service(s)... : EM2C

 

Fonctionnalités générales du logiciel

Caractéristiques Générales

Muses3d est un acronyme pour MUlti-fluid Solver for Eulerian Spray. C'est un outil de simulation numérique directe dédié aux écoulements d'une phase dispersée sous la forme d'un brouillard de gouttelettes polydispersées (large spectre de tailles de gouttes). Les équations de type multi-fluide sont obtenues à partir d'un niveau mésoscopique de description, via l'équation de Williams-Boltzmann, par des prises de moments et des hypothèses de fermeture permettant d'aboutir à un système de lois de conservation et donc à une description Eulérienne.

La première originalité de Muses3d (et des modèles sous-jacents) réside dans la description de la polydispersion du spray et donc des corrélations tailles/vitesses via une approche Eulérienne. La seconde dans les choix algorithmiques qui permettent tant d'obtenir une méthode d'ordre deux temps espace avec un minimum de diffusion numérique que la capacité d'optimisation sur architecture parallèle.

Un effort important a été apporté sur la généricité, que l'on peut distinguer suivant trois niveaux.

  1. Tout d'abord, différentes méthodes Eulériennes ont été implémentées et peuvent être utilisées.

          - La méthode multi-fluide « classique » obtenue en calculant le moment d'ordre 0 et 1 en vitesse et le
moment d'ordre 3/2 en taille

          - Des méthodes de moments d'ordre plus élevés pour la vitesse (méthode dite multi-fluide multi-vitesse
permettant le croisement de paquet de gouttes et potentiellement le traitement des collisions et
coalescence)

          - Des méthodes de moments d'ordre élevés pour la taille (méthode de multi-moment en taille pour une
description précise de l'évaporation avec un nombre de sections limité à une ou deux)

  1. La dimension est également traitée de façon générique. Les configurations étudiées peuvent être 1d, 2d, 2d-axi
    ou 3d:

          - cas-test académiques de validation des méthodes numériques (prise en compte d'un champ gazeux
analytique), cas 2d, [T1], [C1],[C3], [AR2]

          - injection de jets, cas 2d. Le champ gazeux est obtenu par couplage à un solveur gazeux (Code
Asphodele, J. Reveillon, CORIA), [AR1]

          - injection de jets, cas 2d axi. Le champ gazeux est obtenu soit par couplage à Asphodele, [C2] soit par des
mesures expérimentales (C. Lacour, D. Durox, Laboratoire EM2C),[AR3]

          - étude de la dispersion d'un spray polydispersé dans un contexte de Turbulence Homogène Isotrope (THI)
gelée, (champ gazeux stationnaire obtenu par Asphodele) cas 3d, [T1]

          - étude de la dispersion d'un spray polydispersé dans un contexte de THI entretenue et instationnaire,
(couplage avec Asphodele) cas 3d, [AC1]

Les conditions aux limites peuvent être de type:

          - périodique, injection, sortie libre, symétrie

  1. Plusieurs schémas numériques ont été implémentés, notamment à travers les algorithmes de splitting transport
    dans l'espace des phase/ transport dans l'espace physique et splitting dimensionel

Couplage de Muses3d

Muses3d permettant d'étudier la phase dispersée, nous l'avons couplé à un autre solveur: Asphodele, afin de réaliser des simulations diphasiques plus réalistes et de passer à un niveau semi-industriel de simulations. Asphodele est un code de simulation numérique directe où la phase gazeuse est résolue sur une grille Eulérienne par une méthode de prédiction-correction et la phase dispersée est résolue via une approche Lagrangienne. Ce code a été développé par J. Réveillon au CORIA.
Le couplage ainsi obtenu permet donc la simulation simultanée d'une phase dispersée modélisée par une méthode Eulérienne et Lagrangienne sur un même champ gazeux instationnaire. Des comparaisons qualitatives de la dispersion du spray entre les 2 approches ont été menées ([T1], [C2], [AR1], [AC1]). Des comparaisons quantitatives sont en cours.

Calcul Haute Performance

Etant donné que la méthode multi-fluide discrétise la distribution de tailles des gouttes, on ajoute une dimension supplémentaire au problème (dimension 4d pour un problème spatial 3d). Muses3d a été optimisé pour le calcul haute performance. En raison des méthodes numériques utilisées, plusieurs stratégies de décomposition ont été évaluées (voir [T1]). La technique de décomposition de domaine a été implémentée. L'efficacité obtenue est de l'ordre de 1 jusqu'à une centaine de processeurs. Une étude est en cours pour évaluer l'efficacité pour un nombre de processeurs supérieur.

Contexte d’utilisation du logiciel

Ce code a été développé au laboratoire d'Energetique, Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C) de l'Ecole Centrale Paris dans le cadre de l'ANR jéDYS (coordination M. Massot 2005-2009) et a bénéficié des moyens de calculs de l'IDRIS. Il s'inscrit dans un contexte de recherche sur le développement de méthodes numériques Eulériennes pour les brouillards de gouttes en évaporation.

Publications liées au logiciel

Chapitre d'ouvrage

[C1] M. Massot, F. Laurent, S. de Chaisemartin, L. Freret, D. Kah, Eulerian multi-fluid
models : modeling and numerical methods. Lectures of the von Karman Institue "Modelling and Computation of Nanoparticles in Fluid Flows", NATO RTO (2009)
http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00423031/fr/.

[C2] S. de Chaisemartin, L. Freret, D. Kah, F. Laurent, R. O. Fox, J. Reveillon and M.
Massot,, Turbulent combustion of polydisperse evaporating sprays with droplet crossing :
Eulerian modeling and validation in the infinite Knudsen limit, Center for Turbulence
Research, Proceedings of the Summer Program 2008 (2009) 265-276.

[C3] L. Freret, F. Laurent, S. de Chaisemartin, D. Kah, R. O. Fox, P. Vedula, J. Reveillon, O.
Thomine and M. Massot, Modeling of reactive plasmas for atmospheric entry ows based
on kinetic theory, Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program
2008 (2009) 277-288.

Publications dans des revues à comité de lecture

[AR1] D. Kah, F. Laurent, L. Freret, S. de Chaisemartin, R. O. Fox, J. Reveillon, M. Massot,
Eulerian quadrature-based moment models for dilute polydisperse evaporating sprays, à
paraître dans Flow Turbulence and Combustion (2010) disponible sur HAL, 26 pages -
http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00449866/fr/

[AR2] S. de Chaisemartin, L. Freret, D. Kah, F. Laurent, R. O. Fox, J. Reveillon, M. Massot,
Eulerian models for turbulent spray combustion with polydispersity and droplet crossing,
Comptes Rendus Mecanique 337, Special Issue on "Combustion for aerospace propulsion"
(2009) 438'448

[AR3] L. Freret, C. Lacour, S. de Chaisemartin, S. Ducruix, D. Durox, F. Laurent, M. Massot,
Pulsated free jets with polydisperse spray injection : experiments and numerical simulations, Proceedings of the Combustion Institute, Vol 32, issue 2 (2009), 2215-2222.

Actes de colloque à comité de lecture

[AC1] Mai 2010 L. Freret, S. de Chaisemartin, J. Reveillon, F. Laurent and M. Massot, Eulerian
models and three-dimensional numerical simulation of polydisperse sprays,
Proceedings of the 7th International Conference on Multiphase Flow, Tampa, FL, May 30, June 4 (2010) 15 pages

Thèses

[T1] S. de Chaisemartin, Modèles Eulériens et simulation numérique de la dispersion turbulente de brouillards qui s'évaporent, Thèse de l'Ecole Centrale Paris (2009),
http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00443982/fr/

Commentaires

Responsable thématique précédent

Cette fiche a d'abord été suivie par le responsable thématique Sylvain Faure. Laurent Pérochon l'a reprise en avril 2013.