Modélisation multi-échelle dans des micro-conduites

V. H. Vu (1) , Benoît Trouette (1) , Quy-Dong To (1) , Eric Chénier (1)

1 TCM

Les transferts aux interfaces jouent un rôle déterminant dans de très nombreux problèmes physiques. A l'échelle macroscopique, l'interface est vue comme la limite entre deux milieux dont les propriétés sont différentes. Classiquement, les conditions de raccord entre ces milieux sont assurées par des relations de continuité ou de saut des variables primaires (vitesse, température...) ou secondaires (contraintes, flux de chaleur...). Lorsque les dimensions caractéristiques du problème deviennent très petites, ces conditions interfaciales classiques doivent être modifiées pour tenir compte des phénomènes physiques qui sont négligeables à plus grande échelle. Dans le cas d'un écoulement dans un micro ou nano système, l'interface définie entre les molécules du fluide et les atomes du solide doit être finement modélisée. Des modèles macroscopiques des interactions du fluide avec une paroi existent dans la littéra-ture, par exemple par l'introduction des phénomènes de glissement dynamique, de glissement thermique et de pompage thermique. Cependant, ils dépendent toujours de paramètres physiques liés aux petites échelles et qu'il faut identifier dans chaque situation physique. De plus, ces approches ne modélisent qu'une partie de la complexité des transferts qui a lieu entre les atomes du solide et les molécules du gaz. Dans ce travail, on s'intéresse à l'interaction d'un fluide avec une paroi solide. Nous cherchons à mettre en oeuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro et nano-conduites. Dans le coeur de l'écoulement, les équations de Navier-Stokes et de l'énergie sont résolues (NS), tandis que, localement et au voisinage des parois, une approche par la dynamique moléculaire (DM) est adoptée. Un aperçu de la configuration est présenté en figure 1. Un code de calcul permettant l'interaction entre un code de dynamique moléculaire et un code de résolution des équations de Navier-Stokes et de l'énergie est développé sur des machines parallèles. Cette approche couplée hybride permet d'envisager de traiter des conduites de grande longueur tout en simulant finement les transferts à la paroi. Le couplage est réalisé par un échange d'informations assurant la continuité des flux de masse, de quantité de mouvement et d'énergie. Après avoir validé le couplage DM/NS sur des solutions analytiques instationnaires, la faisabilité de notre méthode de couplage pour des systèmes de grande extension sera illustrée par des simulations hybrides de l'établissement dynamique et thermique dans un micro-canal.

Mots clés: dynamique moléculaire; couplage multi-échelle; navier-stokes

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]

V. H. Vu, Benoît Trouette, Quy-Dong To, Eric Chénier. Modélisation multi-échelle dans des micro-conduites. Congrès Français de Thermique 2015, May 2015, La Rochelle, France. ⟨hal-01142518⟩