Contexte

ARCHER est un code de calcul haute performance développé au laboratoire CORIA. C’est l’acronyme de Academic Research Code for Hydrodynamic Equations Resolution (Code de Recherche Fondamentale pour la Résolution des Équations de l’Hydrodynamique). Il tient aussi son nom du poisson archer qui est connu pour chasser ses proies en leur jetant un jet d’eau.

ARCHER a pour objectif de mener des Simulations Numériques Directes des écoulements diphasiques qu’ils soient turbulents, incompressibles ou compressibles, avec changement de phase, et/ou en présence de frontières solides. Les données de ces simulations servent pour l’analyse des propriétés physiques (géométriques, morphologiques, topologiques et dynamiques) de différents phénomènes tels que l’atomisation et la formation des sprays, la dispersion, l’évaporation, la séparation de phase, la captation d’aérosols. La très étroite collaboration des développeurs d’Archer avec des expérimentateurs est aussi remarquable. Ce savoir est capitalisé afin de construire ou d’améliorer des modèles physique-dépendant, notamment le modèle ELSA.

Il fut l’un des premiers codes au monde à réaliser une simulation d’atomisation d’un jet liquide dans une configuration d’injection réaliste.

Présentation

ARCHER résout sur un maillage cartésien décalé la formulation ‘one-fluid’ des équations de Navier-Stokes. Pour ce faire, le terme convectif est écrit de manière conservative et résolu grâce à une technique de Rudman améliorée. Cette dernière permet à la masse et à la quantité de mouvement d’être transportées de manière consistante autorisant ainsi de simuler des écoulements à forts contrastes de densité. Pour assurer la l’incompressibilité du champ de vitesse simulé, une équation de Poisson est résolue. Elle inclue les effets de tension de surface et est résolue grâce à une méthode multi-grille préconditionnée par le gradient conjugué (MGCG) couplée à la méthode ‘Ghost-Fluid’.

Pour transporter l’interface, une méthode couplée surfaces de niveau - volume de fluide (CLSVOF) est utilisée où les surfaces de niveau décrivent de manière précise les propriétés géométriques de l’interface (normale, courbure) et la méthode volume de fluide améliore la conservation de la masse. La densité est calculée en fonction de la variable volume de fluide. Dans les cellules contenant que du liquide ou que du gaz, la viscosité est évaluée à partir du signe des surfaces de niveau. Ailleurs, un traitement spécifique est appliqué.

Les développements actuels vise à intégrer la possibilité de simuler les écoulements compressibles, l’évaporation, les particules lagrangiennes.

Archer est codé en fortran+MPI et PyArcher est une librairie Python (reposant principalement sur Dask+Xarray) qui permet de pré- et post-traiter les données de Archer.

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Historique

Le projet Archer a vu le jour en 2001 sous l'impulsion de Alain Berlemont qui a supervisé les 2 premières thèses (S. Tanguy 2001-2004, T. Ménard 2003-2007) initiant le développement du code. Depuis, 11 thèses, 7 post-doctorats et de nombreux stages master ont contribué à le faire progresser. Il constitue aujourd'hui un outil indispensable pour de nombreux chercheurs du CORIA (A. Berlemont, T. Ménard, P. Desjonqueres, J. Cousin, F-X. Demoulin, J. Reveillon, B. Duret, A. Poux, J.C.B. de Motta, F. Thiesset, C. Dumouchel) et est impliqué dans de nombreux projets financés aussi bien par des agences nationales (ANR) qu'internationales (Marie-Curie ITN).

Le graphique sur la gauche retrace les étapes importantes du projet ARCHER.

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