Modèles de turbulence marine: revue et tests numériques = On marine turbulence models: review and numerical tests
Leredde, Y.; Dekeyser, I.; Devenon, J.-L. (2000). Modèles de turbulence marine: revue et tests numériques = On marine turbulence models: review and numerical tests. J. Rech. Océanogr. 25(3-4): 58-73
In: Journal de Recherche Océanographique. Union des Océanographes de France: Paris. ISSN 0397-5347, more
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| Authors | | Top |
- Leredde, Y.
- Dekeyser, I., more
- Devenon, J.-L.
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| Abstract |
Une revue et analyse critique des modèles de fermeture de la turbulence, faisant appel à l'hypothèse de viscosité Newtonienne, les plus souvent utilisés en océanographie est effectuée en allant des formulations les plus simples au plus élaborées. Pour un fluide incompressible l'hypothèse de viscosité Newtonienne indique que la donnée d'une viscosité turbulente est suffisante pour déterminer les contraintes de Reynolds en fonction du gradient de vitesse moyenne. Ainsi, les concepts de viscosité et de diffusivités équivalentes dues à la turbulence ont été introduits pour exprimer les flux turbulents de quantité de mouvement et de scalaires en fonction des gradients des champs moyens. Les coefficients de viscosité et diffusivités turbulentes qui apparaissent alors sont déterminés à l'aide de ce que l'on appelle couramment un modèle de turbulence. Les modèles de ce type sont usuellement classés suivant le nombre d'équations aux dérivées partielles supplémentaires auxquelles ils font appel pour exprimer la viscosité turbulente. Lorsque aucune équation de transport supplémentaire n'est utilisée, la viscosité et les diffusivités turbulentes peuvent soit être considérées comme constantes soit exprimées de façon totalement empirique. Très souvent ces coefficients sont reliés à l'énergie cinétique de la turbulence k, elle-même régie par une équation de transport modélisée dans laquelle apparaît un nouveau terme inconnu, son taux de dissipation ε. Ce dernier peut alors soit être exprimé en fonction de k et une échelle de longueur de dissipation empirique (modèles k+L), soit être déterminé par sa propre équation de transport modélisée (modèles k-ε). D'autres modèles font appel en sus de l'equation de transport pour k à une équation de transport pour l'echelle de longueur L ou pour kmLn (e.g. modèles k-L, k-kL). Les modèles d'ordre supérieur ne font plus appel a l'hypothèse de viscosité Newtonienne. Soit ils résolvent directement les équations de transport pour les moments d' ordre 2, approche plus complexe et moins opérationnelle et par suite qu' assez peu développée à ce jour en océanographie, soit font appel à des relations algébriques pour les moments d' ordre 2 obtenus à partir des équations d'évolution exactes (modèles d'ordre 2,5). Dans le présent article, quatre modèles faisant appel à l'hypothèse de viscosité Newtonienne, correspondant à quatre niveaux de sophistication, sont testés dans des configurations océanographiques simples et académiques. Les résultats obtenus sont tout à fait inter comparables de sorte que, pour simuler des situations physiques simples, l'utilisation de modèles plus complexes n'est pas nécessaire. Toutefois, plus le modèle est simple, moins la physique est bien décrite et une calibration adaptée a chaque situation étudiée est nécessaire. Cette calibration, effectuée ici par rapport à des résultats d'autres modèles pour la même configuration académique doit, pour des situations océanographiques réelles, être effectuée de sorte à ajuster au mieux des données observées in-situ. |
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