Composite modeling to enhance hydraulic structures studies

Modélisation combinée pour améliorer l’étude des structures hydrauliques

HECE – ArGEnCo – University of Liege
email : hece@ulg.ac.be ; S.Erpicum@ulg.ac.be

Abstract

Physical modeling and numerical modeling are two efficient analysis approaches in hydraulic engineering. The interactive application of both methods is obviously the more effective response to most flow problems analyses. Indeed, it enables combining the inherent advantages of both approaches, which are complementary, while being beneficial to the delays as well as the quality of the analysis. The paper presents the way composite modeling is applied for years at the HECE - Laboratory of Engineering Hydraulics (University of Liege) to enhance hydraulic structures studies. Besides numerical model validation for which experimental benchmarks constitute the first reliable data source, simultaneous application of both modeling approaches may be envisaged in three different ways. Composite modeling may be used to increase the scale factor of physical models by reducing the layout of the real structure to be modeled, to provide a better answer to specific problems than a single approach study or to maximize the efficiency of experimental tests by reducing the range of variation of the unknown parameters to be tested. For each of these three issues depicted in the paper, several examples show how the combined use of efficient numerical solvers together with physical scale models enables to increase the overall quality and scope of the analyses while decreasing the delays and possibly the costs.

Résumé

La modélisation physique et la modélisation numérique sont deux approches d’analyse performantes en ingénierie hydraulique. Il est indéniable que l’application interactive des deux méthodes constitue la réponse la plus efficiente à la résolution de la majeure partie des problèmes d’écoulement. Elle permet en effet de combiner les avantages inhérents aux deux approches, qui sont complémentaires, tout en étant bénéfique par rapport aux délais et à la profondeur des analyses qui peuvent être envisagés. Cet article présente la façon dont la modélisation combinée est appliquée depuis plusieurs années par le groupe de recherche HECE (Université de Liège) pour améliorer l’étude de structures hydrauliques. A côté de la validation des modèles numériques pour lesquels les cas tests expérimentaux constituent la première source de données fiables, l’application simultanée des deux approches de modélisation peut être envisagée de trois façons. La modélisation combinée peut être utilisée - pour augmenter le facteur d’échelle de modèles physiques en réduisant l’emprise de la structure réelle à modéliser, - pour fournir une meilleure réponse à des problèmes spécifiques que celle donnée par une étude basée sur une seule méthode - ou encore pour maximiser l’efficacité d’essais expérimentaux en réduisant la gamme de variation des paramètres à tester. Pour chacune de ces trois applications décrites dans l’article, plusieurs exemples montrent comment l’utilisation combinée de modèles numériques efficaces et de modèles réduits physiques permet d’augmenter la qualité générale de l’analyse tout en diminuant les délais et éventuellement les coûts.