Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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Soutenance de thèse ECL

Jian Zhao Wu

Mercredi 29 mai 2019 à 10h30, amphi 203, Bâtiment W1, ECL

Jian Zhao Wu

Numerical simulation of wind erosion : application to dune migration
L’érosion éolienne est un phénomène complexe avec des interactions entre la couche limite atmosphérique, le transport des particules et la déformation des dunes. Dans cette thèse, des simulations numériques de transport de particules solides sur des dunes fixes ou déformables sont effectuées. L’écoulement turbulent est calculé par des simulation des grandes échelles (LES) couplée avec une méthode de frontières immergées. Les particules solides sont tractées par une approche Lagrangienne. L’entraînement des particules, leur interaction avec la surface et leur dépôt sont pris en compte par des modèles physiques complets d’érosion.
D’un point de vue numérique, une méthode de frontières immergées a été introduite pour simuler les écoulements turbulents sur des frontières mouvantes. Le nouveau solveur a été validé en effectuant des comparaison avec les résultats expérimentaux de Simoëns et al. (2015) dans le cas d’une colline Gaussienne.
D’un point de vue physique, des modèles complets ont été développés pour l’érosion éolienne en se basant sur les forces agissant sur les particules. Des modèles instantanés pour l’envol, le roulement et le glissement des particules sont développés pour initier le mouvement des particules. Le rebond et le splash sont également pris en compte . Des équations Lagrangiennes sont utilisées pour simuler la trajectoire des particules solides dans l’air. Une équation de transport d’un lit de particules a également été développée pour les cas de glissement et de roulement des particules sur la surface. La déformation de la dune est effectuée en faisant le bilan des particules qui s’envolent et se déposent. Ces modèles ont été validés en comparant les résultats de simulation avec les résultats expérimentaux de Simoëns et al. (2015) sur les profils de concentration autour d’une colline Gaussienne.
Enfin, des simulations numériques d’une dune sinusoïdale déformable sont effectuées. La forme de la dune simulée est comparée avec les résultats expérimentaux de Ferreira et Fino (2012). Un bon agrément est obtenu à t=2.0min, par contre la hauteur de la dune est sous-estimée entre 4 minutes et 6 minutes. Les résultats numériques montrent que la zone de recirculation diminue progressivement quand la dune se déforme. L’érosion, due à l’envol et au splash, est important à l’avant de la dune tandis que les particules se déposent à l’arrière de la dune. Le modèle de splash a été modifié pour prendre en compte l’effet de la pente, ce qui a permis une meilleure estimation de la hauteur de la dune à 4 minutes.

Jury :

- Ning Huang, Professeur, LanZhou University (Chine), rapporteur
- Pascal Fede, Maître de Conférence, IMFT, rapporteur
- Béatrice Marticorena, Directrice de Recherche CNRS, LISA, examinatrice
- -Catherine Le Ribault, chargée de recherche CNRS, LMFA, directrice de thèse
- Ivana Vinkovic, Professeure, LMFA, co-directrice de thèse
- Serge Simoëns , Directeur de Recherche CNRS, LMFA, co-encadrant

Simoëns S. , Saleh S., Le Ribault C. , Belmadi M., Zegadi R. , Allag F.,
Vignon J.M., Huang G. (2015) Influence of Gaussian hill on concentration of solid particles in
suspension inside Turbulent Boundary Layer, Procedia IUTAM 17:110-118
Ferreira A.D., Fino M.R.M. (2012) A wind tunnel study of wind erosion and profile reshaping of transverse sand piles in tandem. Geomorphology, 139:230-241

Agenda

  • Mercredi 29 mai 10:30-11:30 -

    Soutenance de thèse : Jian Zhao Wu

    Lieu : Amphi 203, W1, ECL


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