Alain Dervieux

RESEARCH TOPIC: CFD

• My main contributions concern the numerical methods for Computational Fluid Dynamics in the team PUMAS, and the applications of Automatic Differentiation and adjoints in the team SCIPORT/TROPICS.

• This involves:

  Unstructured upwind approximation of hyperbolics:

• The purpose is to develop approximations for the solution of the compressible Navier-Stokes equations which apply well on unstructured meshes. In order to keep a good tolerance to irregular meshes, we have developed upwind Mixed Element Volume (MEV) approximations. The basic option produces a vertex centered Finite Volume formulation. The centered component is close to the continuous linear Galerkin Finite-Element approximation.

• Ce premier thème comporte l'étude d' approximations adaptées aux écoulements compressibles ; nous avons concentré nos investigations sur les maillages non-structurés ; de manière à conserver une consistence variationnelle sur maillages irréguliers, l'approximation s'inspire de la formulation Galerkin en éléments finis ; pour obtenir une bonne robustesse (préservation de la positivité), une méthode de Godunov au second ordre est introduite. Le résultat de cette association est appelée méthode mixte élément-volume (MEV). La préservation de la positivité a fait l'objet de travaux avec Paul-Henri Cournède et Christophe Debiez [RR-3465] et Bruno Koobus . Le comportement en présence d'étirements de maillage a été examiné avec Cécile Viozat, Christophe Held, et Katherine Mer [RR-3464] .

  Anisotropic mesh adaption:

• Une des caractéristiques des écoulements compressibles est l'irrégularité des fonctions les représentant ; la construction de maillages adaptatifs est la clé pour la convergence à l'ordre deux vers la solution continue ; ce travail est réalisé en coopération avec David Leservoisier (SNECMA et INRIA), Paul-Louis George , Olivier Penanhoat (SNECMA), Francois Courty, des publications sont accessibles sur le site de Francois Courty . Ce travail s'est poursuivi en collaboration avec Frédéric Alauzet , Adrien Loseille et Damien Guégan par l'extension des ces m\'ethodes et leur application à des écoulements supersoniques et avec interface.

  Unsteady models for turbulent flows:

• Les méthodes décrites plus haut peuvent s'adapter au calcul en simulation de grandes structures (LES, VMS-LES et hybrides), comme cela est réalisé dans le cadre d'une collaboration avec Maria-Vittoria Salvetti et Simone Camarri (U. Pise), Bruno Koobus et Hilde Ouvrard (U. Montpellier), Anca Belme (INRIA) et Stephen Wornom (Lemma).

• Le calcul des écoulements LES et hybrides sur des clusters et grilles de calcul avec un nombre de processeurs de plusieurs centaines nécessite la mise au point d' algorithmes parallèles scalables et économes en communications. Cela est réalisé en mettant en oeuvre des algorithmes combinant multiniveau et preconditionneurs algébriques. Ces méthodes sont étudiées sur GRID5000 dans le cadre d'une collaboration avec Bruno Koobus et Stephen Wornom.

• La modélisation instationnaire de la turbulence est une possibilité désormais à portée des calculateurs actuels ; mais il faut mettre au point des stratégies de modélisation pour l'instationnaire telles que OES (organised eddy simulation, appelé aussi modélisation semi-deterministe). Cela est réalisé dans le cadre d'une collaboration avec I. Abalakin (IMM-Moscou), B. Koobus (U. Montpellier), T. Kozubskaya (IMM-Moscou), et M. Braza (IMF-Toulouse) [RR-4040] [RR-4077] .

  Applications of Automatic Differentiation to CFD:

• Dans le cadre du projet TROPICS. Je participe à l'étude des m\'ethodes de Différentiation Automatique de programme notamment en mode inverse, et de leur application à la mod\'elisation. Le mot clé est l'état adjoint .

  Optimal Shape design:

• Une deuxième manière d'utiliser un noyau fluide est de l'insérer dans une boucle de conception optimale. C'est l'objet des recherches en Conception Optimale de Forme. Les investigations menées avec Nathalie Marco, Christophe Held et Bruno Koobus concernent le paramétrage hiérarchique de forme et les méthodes d'optimisation (gradient, génétique). Cf. Multilevel parametrization for aerodynamical optimization of 3D shapes (1250 K) et One-shot airfoil optimisation without adjoint (paru dans Computers and Fluids; 3811 K) . Ces travaux ont été poursuivis, en collaboration avec Francois Courty, Mariano Vazquez et Bruno Koobus dans le cadre du projet européen AEROSHAPE et d'une action nationale COST sur les avions supersoniques (collaboration avec B. Mohammadi, université de Montpellier). Ils ont continué avec Frédéric Alauzet (Projet GAMMA), Adrien Loseille (Projet GAMMA) et Youssef Mesri (Projet SMASH) notamment dans le cadre du projet HISAC ou l'usage de l'adjoint y est élargi à l'adaptation de maillage.

• Ces travaux ont étendus à de la conception optimale de forme en couplage fluide structure pour tenir compte des déformations de la structure en croisière rèsultant des forces aérodynamiques appliquèes sur la surface de l'avion (collaboration avec Mariano Vazquez et Bruno Koobus).

  Fluid-Structure interaction:

• Une fois que l'on dispose d'un noyau de calcul pour les écoulements gazeux, il est loisible de le coupler avec un noyau structure, ce qui a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre l'université du Colorado à Boulder (Pr Charbel Farhat) et l'équipe Sinus. Ces méthodes ont été appliquées par Romuald Carpentier, Bruno Koobus, Raphaël Lardat et Eric Schall dans une filière applicative, le Consortium Aérostructure associant l'INRIA avec sept industriels de l'aéronautique et de l'énergie ; à cet endroit c'est expliqué plus sympathiquement. Les spécialistes de cette discipline seront sans doute intéressés par le numéro spécial "Fluid-Structure Interaction" publié par la Revue Européenne des Eléments Finis. Deux études récentes ont montré le role central de la geometric Conservation law dans la construction de schémas positifs précis à l'ordre deux et des schémas conservant l'énergie totale.

  Multi-level algorithms:

• La résolution des systèmes issus de des méthodes de Godunov au second ordre en maillage non-structuré ne peut pas en pratique être efficacement traitée par des approches matricielles directes, car les matrices contiennent un très grand nombre d'éléments non nuls. Un effort particulier a donc été investi dans la construction d' algorithmes multigrille adaptés au non-structuré. Ma contribution est liée aux méthodes MEV et à la méthode multigrille par agglomération de volumes de contrôle (avec Gilles Carré, Luc Fournier, Jérôme Francescatto, Bruno Koobus, Marie-Hélène Lallemand, Stéphane Lanteri) [RR-2950] . Ces travaux à partir de la méthode par agglomération de volumes ont été étendus au préconditionnement multiniveau additif pour les systèmes et les problèmes d'optimisation avec Bruno Koobus, Nathalie Marco, et Francois Courty.

Acoustics:

Fluids with interfaces:

RELATIONS NATIONALES

• Coordinateur d'actions "Avion Supersonique", sur le bang supersonique, voir la page Tropics de ce projet .

• Correspondant d'une action "Avion Supersonique", sur la turbulence, voir la page Tropics de ce projet .

• Coordinateur du projet ANR "ECINADS" (2009-2013), voir la page Tropics de ce projet .

RELATIONS INTERNATIONALES

• Collaborations avec les universités de Stanford, Moscou et Pise.

• Responsable de projets de l'Institut Liapunov , voir la page Tropics de ce projet .

• Participant de l'action de coopération SMASH-INRIA/université de Pise/Scuola Normale Superiore de Pisa sur la Turbulence et l'Optimisation de Forme, voir la page de ce projet (2005).

• Correspondant du projet Européen AEROSHAPE , voir la page Tropics de ce projet (2001-2004).

• Correspondant du projet Européen HISAC sur l'optimisation des avions supersoniques , voir la page INRIA de ce projet (2005-2008).

• Correspondant du projet Européen NODESIM , voir la page Tropics de ce projet (2006-2010).

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