Utilisation industrielle de la modélisation hydrodynamique 3D pour L’évaluation de la débitance d’un évacuateur

Engineering use of hydrodynamic 3D simulation to assess spillway discharge capacity

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Résumé

Jusqu’à présent, la représentation fine des phénomènes hydrauliques complexes a essentiellement fait appel à la modélisation physique par le biais de la réalisation de coûteux modèles réduits hydrauliques. Selon les lois de similitude adoptées, ces derniers permettent d’appréhender certains phénomènes physiques complexes comme les écoulements tridimensionnels, les problématiques de débitance et d’amortissement d’énergie, les transports solides...

L’approche de ces phénomènes hydrauliques complexes par le calcul s’est graduellement développée depuis une vingtaine d’années. D’abord réservés aux centres de recherches et aux universités, les outils de calcul ont progressivement évolué pour être aujourd’hui utilisables à un stade industriel par des sociétés d’ingénierie grâce à la croissance exponentielle des capacités de calculs des PC et aux progrès des logiciels de modélisation tant en matière d’interface utilisateur, de convivialité, qu’en matière de méthodes de calculs.

Dans ce contexte, cet article présente un certain nombre de résultats issus de simulations numériques réalisées avec le logiciel Flow3D®, pour l’évaluation de la débitance des évacuateurs de crue. Les résultats obtenus sont très prometteurs puisque les corrélations obtenues par comparaison avec des données issues de la littérature ou de modèles physiques récents sont très bonnes, souvent comparables à l’incertitude des données issues des modèles réduits hydrauliques par exemple pour le calcul de la débitance des ouvrages.

En conclusion, l’utilisation de codes d’éléments finis 3D peut être dès à présent, une alternative à la réalisation de certains modèles réduits physiques simples. Pour les configurations plus complexes, il sera un complément extrêmement utile à l’exploitation du modèle physique, grâce à la rapidité et au faible coût d’implémentations de modifications d’optimisation du modèle. En outre, une fois le modèle numérique calé, il donne accès à un vaste nombre de données de sortie inaccessibles avec un modèle physique. Un tel outil permet donc d’ores et déjà de gagner plusieurs semaines voire plusieurs mois sur les phases d’étude d’un projet hydraulique.

Abstract

Until now, physical models were most of the time required to properly understand complex hydraulic problems. According to the choice of dimensionless numbers, they allow to understand physical issues such as 3D flows, discharge capacity and energy dissipation, sediment transport.

Numerical approaches have been gradually developed for 20 years. They were first appropriate for university or research centres. Numerical tools are nowadays suitable to be used by engineering consultancy services thanks to exponential increase of PC powers,performing numerical methods and user friendly interfaces.

This article presents results of numerical simulations carried out with Flow3D®, to assess discharge capacity of spillways. Results are very promising as correlations with proven date coming from both literature and physical models are very good, and often comparable to physical models datas uncertainty, for example for the assessment of spillway discharge capacity.

As a conclusion, numerical codes might from now on be used without any physical models for basic issues. They can also be used, in more complex configurations, in addition to physical models to optimise projects because numerical models and project variations are quick and cheap to run. Furthermore, 3D numerical models also provide large quantity of output data, which cannot be supplied by a physical model. 3D numerical models are therefore a way to substantially reduce hydraulic studies schedule by weeks or months.