Simulation optimale d'écoulements gazeux

contexte

Dans le cadre du développement et de la certification de ses systèmes de confinement et de transport de gaz liquéfié, notre client GTT doit anticiper et maîtriser le comportement de sa technologie lors de test d’étanchéités ou bien en cas de fuite. La taille des systèmes de confinement (généralement de l’ordre de dizaines de milliers de mètres cubes) et leur coût rendent la réalisation de prototypes et expérimentations grandeur nature difficiles. Il est donc crucial de pouvoir simuler numériquement le comportement de la technologie dans différentes situations.

Grand cargo naviguant sur une mer calme sous un ciel aux teintes roses au coucher du soleil avec une couverture de nuages bas à l'horizon.

Ces simulations d’écoulement de fluide dans des milieux très complexes représentent un véritable challenge scientifique de par la présence de longueurs caractéristiques d’ordre de grandeur très différent : la taille du système est de plusieurs dizaines de mètres et la taille des conduits d’écoulement de quelques centimètres. Les méthodes de simulation 3D par éléments finis sont ainsi trop gourmandes en temps de calcul.

approche

Le couplage entre modèle réduit et solveur 3D permet de simuler les écoulements dans un système complet avec un niveau de précision contrôlé tout en maîtrisant le temps de calcul. Cette méthode combine une résolution locale rapide et des recalages réguliers réalisés par un solveur 3D plus fin, afin d’assurer la fiabilité du modèle dans la durée.

Fonctionnement du couplage

Le modèle réduit simule l’écoulement en continu dans le système complet en résolvant localement des motifs élémentaires appelés VER (Volumes Élémentaires de Référence). À intervalles réguliers et sur certains VER pertinents, un solveur 3D — plus précis mais bien plus coûteux en temps de calcul — est lancé. Les résultats 3D permettent de monitorer la qualité des prédictions du modèle réduit et de recaler ses paramètres pour le pas de temps suivant.

Un défi d’intégration entre modèles

La mise en place du couplage représente également un défi logiciel : le modèle réduit et le solveur 3D ne sont pas écrits dans les mêmes langages ni conçus pour interagir nativement. Il est crucial d’assurer une communication fluide et efficace entre les deux afin de ne pas dégrader le temps de calcul global.

Validation et contrôle de la qualité

La qualité du couplage a été évaluée via plusieurs cas tests fournis par le client. Pour chacun, une simulation 3D complète sert de référence. Les résultats du couplage (modèle réduit + solveur 3D) sont ensuite comparés à cette référence afin de valider la performance, la robustesse et la précision de la méthode.

optimisation

Fonction de coût

Construire une fonction de coût mesurant les écarts (débit, concentration…) entre les simulations du modèle réduit et les simulations de référence, afin d’évaluer la qualité du couplage.

Temps de calcul

Estimer le temps de calcul associé à chaque stratégie de couplage pour trouver le meilleur compromis entre précision et performance.

Leviers d'optimisation

Identifier les paramètres influents : fréquence des appels au solveur 3D, nombre de VER sollicités, localisation spatiale… et comprendre leur impact sur le coût et la précision.

Ajustement des paramètres

Optimiser ces paramètres pour obtenir la meilleure précision possible tout en respectant les contraintes strictes de temps de calcul.

Simulation optimale d'écoulements gazeux

La simulation physique et les algorithmes d'optimisation au service de l'ingénierie.

Modèle réduit et contrôle de précision des prédictions

Le modèle réduit PGaz permet de simuler les écoulements en temps réduit, avec un besoin constant de contrôle de précision et de recalage pour maintenir la fiabilité des prédictions. Notre solution vous intéresse ?