NantilusDevelopment of a fast SPH model for non linear shallow water flows : application to coastal flooting and dam breaking
Pour des raisons de sécurité, le développement d outils numériques devient primordial afin de simuler les conséquences économiques et humaines d inondations exceptionnelles telles que des tsunamis ou la destruction de barrage retenant une quantité énorme d eau. Parmi ces outils, la méthode SPH a su...
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| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | anglais |
| Titre complet : | Development of a fast SPH model for non linear shallow water flows : application to coastal flooting and dam breaking / Jie Zhao; sous la direction de David Le Touzé |
| Publié : |
[S.l.] :
[s.n.]
, 2012 |
| Description matérielle : | 1 vol. (XII-176 p.) |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Dynamique des fluides et des transferts : Ecole centrale de Nantes : 2012 |
| Sujets : |
| Résumé : | Pour des raisons de sécurité, le développement d outils numériques devient primordial afin de simuler les conséquences économiques et humaines d inondations exceptionnelles telles que des tsunamis ou la destruction de barrage retenant une quantité énorme d eau. Parmi ces outils, la méthode SPH a su se démarquer des autres par sa capacité à se dispenser de l utilisation de maillages. Le but de cette thèse est de continuer le dév eloppement du modèle SPH-SWEs (Équations en eau peu profonde équation de Saint-Venant), développé dans le laboratoire LHEEA de l École Centrale Nantes. Ce travail se situe à la suite de celui réalisé par Mr. De Leffe, pour lequel le modèle SPH standard (avec terme de viscosité artificielle) était destiné à la simulation d écoulements côtiers. Cette thèse débute avec l application du modèle SPH standard 1D à la propagation et au déferlement sur le rivage d un tsunami. Les capacités du modèle sont ensuite améliorées, avec son adaptation à des situations présentant des discontinuités. Afin d assurer sa stabilité, les solveurs de Riemann sont intégrés et développés dans le modèle, afin de capter les discontinuités de surface libre se produisant, ainsi que s adapter aux modèles de fonds en escalier (représentant le cas le plus difficile dans toutes les topographies utilisées ultérieurement). Ensuite, le solveur SPH-SWEs 2D est présenté et validé, grâce à la simulation de cas bien connus des chercheurs et largement référencés, tels que l écoulement au dessus de trois bosses suite à la rupture d un barrage ou encore le tsunami d Okushiri. Lors de la phase de validation, de nouvelles techniques sont utilisées afin de prendre en compte les spécificités des différentes simulations. Par exemple les conditions de non-réflexions aux limites du domaine étudié sont ajoutées, afin de permettre la simulation du parcours d une vague se propageant sur un domaine très large. Finalement, les modèles SPH développés sont appliqués à une catastrophe réelle: la rupture du barrage de Malpasset. La robustesse et la capacité du solveur à simuler de telles situations utilisant des topographies complexes sont démontrées grâce à la comparaison des résultats obtenus avec les données mesurées lors de l évènement. For human safety reasons, the development of numerical tools for the simulation of large flooding events becomes crucial. Among the different numerical modeling methods, the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) stands out due to its mesh-free characteristics. This thesis aims to pursue the development of the SPH model buil t in the LHEEA Laboratory of Centrale Nantes for SWEs (Shallow waters equations). This research is a continuation of the work by M. de Leffe, in which the standard SPH solver (with artificial viscosity term) was developed and primitively applied to coastal flows. This thesis begins with the application of the 1D standard SPH solver to the propagation and runup of the tsunami waves. Then the existing model capacity is improved by adapting the model to the situations with discontinuities. To ensure the stability, the Riemann-based SPH solver is developed to capture the sharp shock waves and to adapt the step-like bottoms, which represent the severest situation in the topographies. Then the 2D SPH-SWEs is presented and validated with the well-known test cases of dam breaks over three humps and the inundation of Okushiri tsunami. During the realization of the validations, some new techniques are introduced in the model in order to adapt better a specific simulation. For instance the non -reflecting boundary conditions are added to realize the simulation of interesting wave behaviour that occurs in a large field. Finally, the developed SPH-SWEs are applied to a real life event: the Malpasset dam break. The capability and robustness of the present scheme to deal with flooding such complex topographies are demonstrated through the comparison with the data observed in the event. |
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| Variantes de titre : | Développement d'un modèle SPH pour les écoulements non linéaires en eau peu profonde : application aux inondations côtières et aux destructions de barrages hydrauliques |
| Bibliographie : | Bibliographie p.163-176 |