Stratégies de relaxation pour la simulation robuste et précise des écoulements diphasiques à haute vitesse

Ward Haegeman (DMPE, ONERA et CMAP, Ecole Polytechnique)

Parmi les modèles multi-fluides pour les écoulements diphasiques compressibles, le modèle de Baer et Nunziato (1986) permet une description des écoulements où les phases sont dans une situation de déséquilibre thermomécanique complet. Une hiérarchie de modèles réduits a été dérivé en supposant certains processus de relaxation instantanément rapides (relaxation des pressions, des vitesses ou des températures). Néanmoins, à l´exception du modèle le plus réduit obtenu en imposant l´équilibre thermomécanique complet, les modèles réduits comportent des produits non-conservatifs pour lesquels les solutions de type choc ne sont pas définis de façon univoque. Malgré cela, un certain nombre de ces modèles sont couramment utilisé par les mécaniciens des fluides pour simuler des écoulements diphasiques à haute vitesse et permettent d´obtenir des résultats satisfaisants sur un certain nombre de cas pratiques. C´est en particulier le cas du modèle mono-vitesse et mono-pression dit de Kapila (2001). De plus, les méthodes numériques employées dans ce contexte s´inspirent largement des schémas de relaxation. Ainsi, la méthode numérique pour un modèle réduit consiste à effectuer un pas convectif avec un modèle se situant à un niveau plus élevé dans la hiérarchie, suivi d´une procédure de relaxation. Dans cet exposé, je présenterai les différents opérateurs de relaxation permettant de passer d´un modèle réduit au suivant, puis je me focaliserai sur les relaxations d´un modèle mono-vitesse hors équilibre thermodynamique (2 pressions et 2 températures) vers le modèle mono-vitesse et mono-pression de Kapila ou le modèle en équilibre complet. Je montrerai l´impact, notamment en termes de robustesse, des paramètres de relaxation sur des configurations comme la simulation de l´interaction choc-goutte.