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RÉSUMÉ
On utilise la méthode des volumes finis pour résoudre les équations de Navier-Stokes. L’article comprend deux parties distinctes. La première présente la méthode de discrétisation pour résoudre les problèmes de diffusion et de convection-diffusion 1D, 2D et 3D sur des maillages structurés ou non ainsi que la semi-discrétisation en temps pour ensuite aboutir à des schémas explicites et implicites en temps pour résoudre l’équation de la chaleur. La seconde partie présente la résolution des équations cibles par la méthode des volumes finis. En fait cela revient à résoudre des équations de diffusions couplées à des équations de convection-diffusion ; en utilisant les résultats de la première partie, on présente et on compare entre eux divers algorithmes de résolution.
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The finite volume method is used to solve the Navier-Stokes equations. The paper is divided into two distinct parts. The first part presents the discretization method for solving the diffusion and convection-diffusion problems 1D, 2D and 3D on structured and unstructured grids as well as the semi-discretization in time to solve the heat equation to then lead to explicit and implicit schemes. The second part presents the solution of the target equations by the finite volume method. In fact, this is equivalent to solve diffusion equations coupled to convection-diffusion equations; using the results of the first part, various algorithms are presented and compared between them.
Auteur(s)
-
Pierre SPITERI : Professeur émérite - Université de Toulouse, INP – ENSEEIHT - IRIT, Toulouse, France
INTRODUCTION
Dans cette série d’articles consacrée à la résolution numérique des équations de Navier-Stokes on présente plusieurs méthodes de résolution basées sur plusieurs types de méthode de discrétisation des équations aux dérivées partielles. On a déjà présenté :
-
d’une part la méthode des différences finies où l’on remplace les dérivées par des quotients différentiels [AF 1 404] ; cette méthode correspond à l’expression d’un équilibre des quantités représentées par le modèle physique en chaque point du maillage ;
-
d’autre part la méthode des éléments finis [AF 1 407] où après avoir donné une formulation équivalente du problème via la formule de Green dans un espace de fonctions tests approprié, ce qui correspond en gros à une extension de la formule d’intégration par partie généralisée (ou encore de façon plus générale à l’utilisation de la dérivation au sens des distributions) et aboutit à l’application du principe des travaux virtuels, on décompose la solution dans une base finie bien adaptée numériquement ; cela revient à projeter la solution exacte d’un espace de dimension infinie sur un espace de dimension finie [AF 503] [AF 504] [AF 505] ; cette méthode des éléments finis présente l’avantage de pouvoir résoudre l’équation de Navier-Stokes sur des maillages non structurés et de plus elle est bien adaptée lorsque le domaine Ω est de forme quelconque avec une frontière ∂Ω courbe ;
-
il existe d’autres méthodes de discrétisation comme la méthode des différences finies variationnelles où à partir de la formulation équivalente précédente du problème via le principe des travaux virtuels, on recherche la valeur moyenne de la solution sur de petites cellules constituant le maillage de discrétisation. Cependant cette méthode est très peu utilisée par les ingénieurs et par conséquent elle ne sera pas exposée.
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MOTS-CLÉS
formulation vitesse-pression maillages décalés maillages structurés équation de la chaleur comportement d'un fluide
KEYWORDS
formulation velocity-pressure | staggered grids | structured grids | heat equation | behavior of a fluid
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BAZILEVS (Y.), TAKIZAWA (K.), TEZDUYAR (T.) - Computational fluid – structure interaction, - Wiley (2013).
-
(2) - BREZINSKI (C.) - Algorithmes d'accélération de la convergence. Étude numérique. - Éditions Technip, Paris, 2000, 404 pages.
-
(3) - CHAU (M.), SPITERI (P.), BOISSON (H.C.) - Parallel numerical simulation for the coupled problem of continuous flow electrophoresis, - Int. J. for Numerical methods in fluids, vol. 55, pp. 945-963 (2007).
-
(4) - CHAU (M.), SPITERI (P.), GUIVARCH (R.), BOISSON (H.C.) - Parallel asynchronous iterations for the solution of a 3D continuous flow electrophoresis problem, - Computers and fluids, vol. 37, pp. 1126-1137 (2008).
-
(5) - CHAU (M.), GARCIA (T.), SPITERI (P.) - Asynchronous grid computing for the simulation of the 3D electrophoresis coupled problem, - Advances in engineering software, vol. 60-61, pp. 111-121 (2013).
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