Direction des Relations Internationales (DRI)
EQUIPE ASSOCIEE |
LESCAPE |
sélection
|
2010 |
Equipe-Projet
INRIA : MC2 |
Organisme
étranger partenaire : Ecole de technologie Supérieure
(ÉTS) |
Centre
de recherche INRIA : Bordeaux Sud-Ouest Thème INRIA : Num D |
Pays
: CANADA |
Coordinateur
français / French Coordinator
|
Coordinateur
étranger / Partner Coordinator
|
|
Nom, prénom / First name, Given name | Beaugendre Héloïse |
Morency François |
Grade, statut / Position | MCF | Professeur agrégé |
Organisme
d'appartenance / Home Institution (précisez le département et/ou le laboratoire) |
Institut Polytechnique de Bordeaux Institut de Mathématiques de Bordeaux UMR5251 INRIA équipe MC2 bordeaux Sud-Ouest |
Département de génie mécanique École de technologie supérieure |
Adresse postale / Postal address | 351, cours de la libération - F 33405 Talence cedex | 1100, rue Notre-Dame Ouest, Montréal, Canada |
URL / Website | http://www.math.u-bordeaux1.fr/MAB/mc2/ |
http://www.etsmtl.ca/zone2/departements/mecanique/index.html |
Téléphone / Telephone | 05 40 00 37 15 |
(514) 396-8699 |
Télécopie / Fax | 05 40 00 21 23 |
(514) 396-8530 |
Courriel / Email | heloise.beaugendre@math.u-bordeaux1.fr | francois.morency@estmtl.ca |
La proposition en bref / The proposal in brief
Simulation numérique basée sur les
maillages cartésiens la pénalisation et les level-sets
pour la prédiction du décollement
de la glace lors du dégivrage de corps aérodynamiques Level-Sets, CArtesian grids and
PEnalisation for the numerical simulation of ice breakup
and shedding during deicing of aerodynamic bodies (LESCAPE) |
Descriptif : Afin de se
protéger du givre plusieurs méthodes de
dégivrage et/ou antigivrage ont été mises au
point. Les
systèmes de dégivrage fonctionnent de façon
intermittente et laissent donc une certaine quantité de glace
s'accumuler avant de l'enlever. Ces systèmes de
dégivrage, qu'ils soient thermique ou mécanique,
réduisent l'adhésion à la paroi et brise la glace
en
morceaux. Par la suite, les forces aérodynamiques
enlèvent les morceaux de glace et les transportent en
aval de l'écoulement. La simulation
numérique ne permet pas encore de simuler toute la physique du
dégivrage. Notre objectif est de développer un code
numérique permettant de prédire le détachement
d'un morceau de glace d'une paroi et sa trajectoire
aérodynamique. Notre stratégie de
discrétisation repose sur l'utilisation des maillages
cartésiens, de la pénalisation et des level-sets. Ainsi
les changements
géométriques et topologiques liés au
décollement de la glace et la trajectoire du morceau de glace
seront modélisés facilement et naturellement. Un
critère de
détachement basé sur les contraintes normales et
tangentielles à l'interface glace parois sera proposé et
validé pour deux domaines d'application: le milieux
aéronautique et les écoulements
éoliens.
|
1. Objectifs scientifiques de la proposition
1. Cadre
général de modélisation
2.
Stratégie de
discrétisation
La stratégie de
discrétisation consiste à utiliser des maillages
cartésiens, la pénalisation et la méthode
level-set. L'utilisation de maillages cartésiens nous permet
d'augmenter l'ordre de discrétisation d'une
manière simple et naturelle. La méthode de
pénalisation est une alternative efficace pour imposer
explicitement les conditions aux bords en s'affranchissant des
problèmes liés aux maillages épousant la forme
géométrique du domaine étudié. La
méthode level-set décrit la géométrie de
manière non-paramétrique. Ainsi les changements
géométriques et topologiques liés au
décollement de la glace et la trajectoire du morceau de glace
seront modélisés facilement et naturellement.
3. Champs d'application
Nous
prévoyons deux types d'application: les écoulements
aéronautiques (ailes d'avion, pales d'hélicoptère)
et les
écoulements éoliens. Un des challenges de l'industrie
aéronautique est de connaitre précisément les
formes et trajectoires des morceaux de glace lors du dégivrage
mécanique, particulièrement pour les
hélicoptères. En effet, il y a toujours un risque
qu'un bloc de glace se détache et soit ingéré par
un moteur. Si le bloc de glace est trop gros, il peut causer
l'arrêt du moteur ou briser une aube. Pour l'industrie
éolienne, le défi consiste à dégivrer les
aubes après les évènements givrants, de
façon passive si possible en utilisant des revêtements
glaciophobe. La compréhension de la physique de la rupture
et du décollement de la glace est nécessaire pour mettre
au point de nouveaux design.
4. Calcul
parallèle et intensif
Notre
objectif est de résoudre des problèmes industriels,
que ce soit en aéronautique ou dans le domaine de
l'éolien. Pour cette raison le développement des codes
sera compatible avec une parallélisation massive, afin
d'exploiter au maximum l'architecture des super ordinateurs en
développement un peu partout dans le monde.
5.
Programme de travail pour les trois ans
5.1 Première année:
développement du code de
simulation 2D de
suivi des trajectoires de la
glace (basé dans un
premier temps sur une méthode vortex existante) et proposition d'un critère
de
détachement de la glace.
5.2
Deuxième année: définir la zone "sensible" aux
trajectoires de la glace en fonction de la vitesse, de l'angle
d'attaque, de la forme de la glace et du critère de
décollement. Mettre en œuvre des simulations réalistes
dans des configurations d'écoulements aéronautiques ou
éoliens. C'est à dire mise en place d'un modèle de
turbulence afin de traiter des
écoulements à hauts nombres de Reynolds.
5.3
Troisième année: permettre le couplage fluide/structure
afin
de résoudre l'équation de la mécanique des
structures dans les formes de glace. Le calcul des contraintes
dans la glace et à l'interface glace-paroi permettra de valider
un critère de détachement plus réaliste.
2. Présentation du partenaire
L'École
de technologie supérieure (ÉTS) est
une constituante du réseau de l'Université du
Québec. Avec 4 800 étudiants, elle figure parmi les
cinq plus grandes écoles ou facultés de génie au
Canada. Spécialisée en ingénierie
d'application et
en technologie, elle axe ses activités sur l'enseignement
coopératif et vise tout particulièrement le
développement de nouvelles technologies et leur transfert en
entreprise. Dès sa fondation, l'ÉTS a établi un
partenariat unique avec le milieu des affaires et de l'industrie et
entretient depuis des liens étroits autant avec les grandes
entreprises qu'avec les PME. Son positionnement
stratégique au cœur de Montréal lui permet de
développer de nombreux partenariat de recherche avec l'industrie
aéronautique. Le montant consacré à la
recherche atteint plus de 13 millions de dollars annuellement. Quelques
40% proviennent de contrats de recherche du milieu industriel. Du
côté du calcul numérique haute performance,
l'ÉTS est membre
du CLUMEQ, un consortium d'universités
Québécoises, responsable de deux grappes de calcul haute
performance, un à Montréal et un à
Québec. L'ÉTS accueillera la prochaine grappe de
calcul d'environ 20 000 processeurs d'ici l'été 2010.
http://www.clumeq.mcgill.ca
http://www.etsmtl.ca/zone1/bottins/Page_details.asp?Numero=2449
http://www.etsmtl.ca/zone2/recherche/labo/erest/
3.
Historique de la collaboration
Il
n'y a pas encore eu de publications entre l'ETS et l'INRIA.
Néanmoins Héloïse Beaugendre et François
Morency ont de nombreuses publications en commun dans le domaine du
givrage. En effet François Morency et Héloïse
Beaugendre étaient chercheurs au CFD Lab de l'universté
McGill, Montréal, de 1999 à 2003 pour Héloïse
Beaugendre et de 2000 à 2004 pour François Morency.
Cet été, Héloïse Beaugendre est allée
à Montréal pour mettre au point ce projet d'équipe
associée. La collaboration a débuté et un
abstract est proposé, "Simulation of ice
shedding
around an airfoil", à la
conférence AIAA
(Atmospheric Space Environments Conference), Toronto, août 2010.
Journals
H. Beaugendre, F. Morency and W.G. Habashi, “Development
of a Second Generation In-Flight Icing
Simulation Code”, Journal of fluids Engineering, Vol. 128, No. 2 378-387,
2006.
H.
Beaugendre, F. Morency and W.G. Habashi, “FENSAP-ICE’s
Three-Dimensional In-Flight Ice Accretion Module: ICE3D”, AIAA Journal
of Aircraft, Vol. 40, No. 2, pp. 239-247, March-April 2003.
H. Beaugendre, F. Morency, W.G. Habashi and P. Benquet, “Roughness
Implementation in FENSAP-ICE : Model Calibration and Influence on Ice
Shapes”, AIAA Journal of Aircraft, Vol.c40, No. 6,
Novembre/Décembre 2003.
Internatinal
Proceedings
W.G. Habashi, H. Beaugendre and F.
Morency, “Development of a Second
Generation In-Flight Icing Simulation Code”, ASME_JSME Paper
FEDSM2003-45816, Honolulu, Hawaii, USA, July 6-11, 2003.
W.G. Habashi, F. Morency and H.
Beaugendre, “FENSAP-ICE: A Second
Generation 3D CFD-based In-Flight Icing Simulation System”, SAE Paper
2003-01-2157, FAA In-flight Icing/Ground De-Icing meeting, Chicago,
June 2003.
H. Beaugendre, F. Morency and W.G.
Habashi, “FENSAP-ICE: Roughness
Effects on Ice Shape Prediction”, AIAA Paper 2003-1222, AIAA
Computational Fluid Dynamics Conference, Reno, January 2003.
F. Morency, H. Beaugendre and W.G.
Habashi, “FENSAP-ICE: a Study of the
Effect of Ice Shapes on Droplet Impingement”, AIAA Paper 2003-1223,
AIAA Computational Fluid Dynamics
F. Morency, H. Beaugendre and W.G.
Habashi, “Effect of Pressure
Gradient on Eulerian Droplet Impingement Models”, 10th Annual
Conference of the CFD Society of Canada, Windsor, Ontario,
H. Beaugendre, F. Morency and W.G.
Habashi, “ICE3D, FENSAP-ICE’s 3D
In-Flight Ice Accretion Module”, AIAA Paper 2002-0385, AIAA
Computational Fluid Dynamics Conference, Reno, January 2002.
F. Morency, H. Beaugendre, G.S.
Baruzzi and W.G. Habashi, “FENSAP-ICE:
A Comprehensive 3D Simulation Tool for In-Flight Icing”, AIAA Paper
2001-2566, 15th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference, Anaheim,
CA, June 2001.pp. 299-304, June 2002.Conference, Reno, January 2003.
F. Morency, H. Beaugendre and W.G.
Habashi, “FENSAP-ICE: A
Navier-Stokes Eulerian Droplet Impingement Approach for High-Lift
Devices”, 8th Aerodynamics Symposium, CASI, Toronto, pp. 277-281, April
2001.
H. Beaugendre, F. Morency and W.G.
Habashi, “ICE3D, FENSAP-ICE’s
In-Flight Ice Accretion Module”, 8th Aerodynamics Symposium, CASI,
Toronto, pp. 271-276, April 2001.
4. Impact
5. Divers :
Voici une
liste des
personnels de l'ETS qui participent à la collaboration:
Doctorant: Ridha Hannat, Maitrise: Nouredinne Tarchoune, Professionel
en informatique: Martin Gauthier.
Du côté
de MC2: les permanants impliqués sont Angelo Iollo, Michel
Bergmann et
Lisl Weynans. Sophie Laurens et Thomas Milcent sont deux post-doc
impliqués. Les doctorants impliqués sont Jessica
Hovnanian et Yanick Gorsse.
1. Echanges
Nous
prévoyons la venue en France de F.
Morency (au moins deux fois), H. Beaugendre se rendra à
Montréal au moins une fois et Sophie Laurens qui débutera
son post-doc en Janvier 2010 se rendra deux fois à
Montréal. Un stagiaire ingénieur
(école ENSEIRB-MATMECA) sera
envoyé à Montréal dès 2010. Nous pensons
participer à la conférence internationale AIAA 2010. Les
post-doctorants et doctorants
se rendront également
à cette conférence. Nous
envisageons
également la conférence ECCOMAS
(http://www.eccomas-cfd2010.org/cfp.php) en Australie en
été 2010.
Les
compétences étant
complémentaires ces échanges sont indispensables
pour les permanents et les thésards. Nous espérons
initier des échanges d'étudiants réguliers entre
l'ÉTS
et l'INRIA. L'objectif de ces échanges est de permettre le
transfert des développements dans le code numérique
réalisé à l'INRIA vers l'ÉTS. Les
codes numériques seront vérifiés et validés
sur les plateformes de calculs de l'ÉTS. Au besoin, des
développements dans le code numérique seront
initiés à l'ÉTS. Les résultats des
validations des modèles seront présentés et
discuté à l'INRIA.
Lors des
rencontres, les étudiants auront a présenter les
résultats de leur recherche devant des groupes de travail
restreints. Ces séances de travail commun permettront aux
étudiants de développer leur capacité à
communiquer des résultats scientifiques et viseront la
rédaction d'articles scientifiques.
1.
ESTIMATION DES DÉPENSES EN MISSIONS INRIA VERS LE PARTENAIRE Estimated spending for missions of INRIA researchers abroad |
Nombre de
personnes |
Coût
estimé |
Chercheurs
confirmés Senior researcher |
1 | 1500 |
Post-doctorants |
1 | 3000 |
Doctorants PhD student |
2 | 1500 |
Stagiaires |
1 | 5000 |
Autre (précisez) : Other (detail): |
Participation aux conférences internationales dans le
cadre de l'EA et organisation de groupe de travail restreint |
3000 |
Total
|
14000 |
2.
ESTIMATION DES DÉPENSES EN INVITATIONS DES PARTENAIRES |
Nombre de personnes
Number of persons |
Coût estimé
Estimated cost |
Chercheurs
confirmés Senior researcher |
1 | 3000 |
Post-doctorants Postdoctoral fellow |
||
Doctorants PhD student |
1 | 1500 |
Stagiaires |
|
|
Autre (précisez) : Other (detail): |
Participation aux conférences internationales et groupe de travail restreint Organisation d'un minisymposium |
2000 8000 |
Total
|
14500 |
2. Cofinancement
Ce projet bénéficie d'un soutient de l'ANR CARPEiNTER, 230k€ (dont 24 mois de post-doc), dirigée par A. Iollo. Une partie de ce projet concerne la modélisation du givrage par pénalisation et level-set sur des maillages cartésiens. Il pourra être partiellement utilisé pour la collaboration en particulier par l'intermédiaire d'un post-doc de 24 mois qui débutera en Janvier 2010.ESTIMATION PROSPECTIVE DES CO-FINANCEMENTS | |
Organisme
|
Montant
|
ANR CARPEiNTER, 2009-2012 |
230k€ (dont 24 mois de post-doc) |
ÉTS
/ PSR |
19 000$ |
ÉTS | étudiant au doctorat et un étudiant
à la maîtrise |
3. Demande budgétaire
Commentaires
|
Montant
|
|
A.
Coût global de la proposition |
28500 € | |
B. Cofinancements utilisés | 4500 € de l'ANR 3500 € de l'ÉTS |
|
Financement
"Équipe Associée" demandé (A.-B.)
Funding from the Associate Team programme (maximum 20 000 €) |
20 k€ |