Modélisation De L’écoulement D’eau Dans Un Canal À Géométrie Complexe Types Marches D’escalier À Faible Pente

Résumé: L'eau est une source impérative pour la vie humaine, les changements climatiques ont une incidence sur la disponibilité de l'eau pendant toute l'année avec la demande croissante. Le manque est devenu un problème mondial donc cela a rendu le stockage de l’eau comme la seule option pour une gestion adéquate. Par contre l'incapacité de stocker économiquement toute l'eau des cours d'eau en maintenant un niveau de sécurité élevé, pose un vrai problème de transport sécuritaire de l'excès d'eau vers l'aval. La construction des marches sur l’évacuateur de crue, la construction de la goulotte plane avec des bassins de dissipation, des structures de seau à retournement avec bassin profond et la construction de dissipateurs d’énergie tels que les blocs déflecteurs font parties des méthodes adoptées pour dissiper l’énergie de l’eau qui coule. Les canaux en marche d’escaliers dissipent efficacement l'énergie de l’écoulement lorsque l'eau descend les marches. Cette méthode de conception a été adoptée depuis longtemps pour sa conception facile à construire, sa stabilité structurelle et sa capacité de dissipation d’énergie. Dans cette thèse, nous montrerons de quelle manière la géométrie du domaine d’écoulement peut influencer ce dernier, afin d'éviter les risques de restitution du débit rejeté dans les rivières tels que la surcharge des berges ou les processus d’érosion et d’affouillement du lit du cours d'eau. La conception hydraulique doit s'appuyer sur des outils fiables, capables de reproduire le comportement des structures hydrauliques. Dans les travaux présentés dans cette thèse, un modèle CFD entièrement tridimensionnel est présenté pour reproduire le comportement de différents types d’écoulements air-eau dans les structures hydrauliques. L’écoulement est supposé turbulent, isotrope et incompressible. Plusieurs modèles de turbulence RANS sont testés et des mailles rectangulaires structurées sont utilisées pour discrétiser le domaine analysé à l'aide de l’approche VOF et des simulations sont effectuées à l'aide de l'algorithme Piso. Le modèle est mis en oeuvre en utilisant le code commercial Ansys Fluent®. L’analyse est réalisée séparément sur plusieurs configurations de déversoirs en marche d’escalier. L'indépendance du maillage et la validation du modèle à l'aide de données expérimentales sont vérifiées dans toutes les simulations. La sensibilité du modèle présenté à certains paramètres est discutée en détail à l'aide de différentes variables indicatrices, la fermeture de système en fait partie. Les modèles de turbulence analysés sont le modèle k-ɛ, le modèle RNG k-ɛ et le modèle SST k-ω. Les modèles SST k-ω et RNG k-ɛ ont fourni les estimations les plus précises des profils de la surface libre, bien que les modèles k-ɛ, SST k-ω aient reproduit correctement les phénomènes étudiés. En utilisant la méthode de VOF, cette dernière semble mieux capturer le transfert de quantité de mouvement ainsi que les variables dérivées. Une méthodologie pour prédire le point d’inception (début d’écoulement biphasique) a été proposée, et nous avons présenté une modélisation numérique sur le régime d'écoulement extrêmement turbulent alterné, dans différents déversoirs en marches d’escaliers avec différentes largeurs afin d’étudier l’influence de la largeur du modèle sur l’apparition de régime d'écoulement extrêmement turbulent alterné. MOTS CLÉS : Dynamique numérique des fluides, Coursier en marche d’escalier, Écoulement extrêmement alterné, Modélisation numérique, RANS, VOF, dissipation d'énergie, SST k-ω et RNG k-ɛ, Standard k-ɛ.

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