Description du poste

Sujet
L’étude de l’impact entre une structure rigide et l’eau a suscité l’intérêt de nombreuses recherches ces dernières années. Cette problématique concerne diverses applications d’ingénierie et particulièrement dans le milieu navale (énergies renouvelables, applications marines, etc.).

Figure 1 – (a) Une représentation schématique du cas de test de la colonne d’eau en chute. Une colonne d’eau horizontale de section rectangulaire est suspendue dans l’air au temps zéro. Sous l’influence de la gravité, la colonne impacte la surface horizontale inférieure. (b) Relation entre la pression d’impact et la densité de l’air [1] Les recherches sur ce sujet ont mis en évidence l’importance du piégeage de l’air entre le liquide et la paroi solide  inférieure [2] ainsi que l’aération de l’eau sur l’impact [3, 4, 5, 6], leur effet ont été étudiés expérimentalement et numériquement. Ces études ont montré que la pression d’impact et la force associée sont liées au taux d’aération dans le réservoir. La présence d’air pendant l’impact diminue la violence de la frappe et produit un comportement de compression/expansion de ce volume d’air. Un solveur compressible est donc nécessaire. La quantité d’air piégé est liée à la facilité de celui-ci à s’échapper avant l’impact. En fixant des valeurs de 0,1 kg/m 3 pour la densité de la phase légère, on obtient un impact liquide-solide pur (pas de présence d’air piégé). Et un pic de pression peut être calculé en utilisant la théorie de la pression acoustique (P = :u:C) [7], où correspond à la densité de l’eau, u la vitesse du liquide au moment de l’impact et C la vitesse du son sur le liquide. Dans son travail, Braeunig et al. [1] a modifié la quantité d’air piégé en changeant la densité de cette phase légère (voir Figure 1b). En utilisant OpenFOAM avec un solveur compressible, le stagiaire sera invité à reproduire cette configuration.

 

Figure 2 – (a) cas 1 (b) cas 2 .

 

Dans un second temps, l’étude de l’influence de l’air sera étudiée sous deux différents approches (voir la Figure 2)
1. Étude de la couche d’air piégée entre le bloc d’eau et la paroi puis caractérisation des pressions d’impact
en fonction de sa taille
2. Étude de l’influence de la présence de bulles d’air dans le bloc d’eau
3. Enfin, et en fonction du temps restant, une étude expérimentale est envisageable.

Différentes étapes du stage :
1. Familiarisation avec l’environnement OpenFOAM.
2. Reproduction du cas Braeunig [1].
3. Étude de la couche d’air piégée
4. Étude avec les bulles d’air répartie dans le fluide.
5. Écriture du rapport et préparation de la soutenance.

Références bibliographiques
[1] Jean-Philippe Braeunig, Laurent Brosset, Frédéric Dias, and Jean-Michel Ghidaglia. Phenomenological study of liquid impacts through 2d compressible two-fluid numerical simulations. 07 2009.
[2] Utkarsh Jain. Slamming Liquid Impact and the Mediating Role of Air. PhD thesis, University of Twente, Netherlands, July 2020. Supplementary videos on https ://www.youtube.com/playlist ?list=PLC-QU5ZTfrziQ89HmFbXMwYm44MCt.
[3] Zhihua Ma, D.M. Causon, Ling Qian, C Mingham, Tri Mai, Deborah Greaves, and Alison Raby. Pure and aerated water entry of a flat plate. Physics of Fluids, 28, 01 2016.
[4] Tri Mai, Chi L. Mai, Alison Raby, and David Greaves. Aeration effects on water-structure impacts : Part 1. drop plate impacts. Ocean Engineering, 193 :106600, 2019.
[5] Tri Mai, Cong Mai, Alison Raby, and Deborah Greaves. Aeration effects on water-structure impacts : Part 2. wave impacts on a truncated vertical wall. Ocean Engineering, 186 :106053, 08 2019.
[6] Geoffrey Bullock, A.R Crawford, P.J Hewson, Mike Walkden, and P.A.D Bird. The influence of air and scale on wave impact pressures. Coastal Engineering, 42 :291–312, 04 2001.
[7] T. Von Kármán and United States. National Advisory Committee for Aeronautics. The Impact on Seaplane Floats During Landing. Technical note. National Advisory Committee for Aeronautics, 1929.

Modalités de candidature

avant le 16 janvier 2022 pour une première série d’entretiens avec éventuelle attribution,
puis avant le 30 janvier 2022 si le stage n’a pas été attribué lors de la première série.
Contacts
Belaïd BERKANE – Doctorant – Université du Havre/LOMC
+33 (0)2 35 21 71 33 – belaid.berkane@univ-lehavre.fr
Grégory PINON – Professeur des universités – Université du Havre/LOMC
+33 (0)2 35 21 71 23 – gregory.pinon@univ-lehavre.fr