Contrôler le flux dans les systèmes
L'air qui circule au-dessus de l'aile d'un avion, la circulation du pétrole dans les longs oléoducs et le mouvement du sang dans les artères sont tous régis par la physique responsable de l'écoulement des fluides. Les avancées technologiques récentes dans les domaines de capteurs et de logiciels ont rendu l'exploitation des systèmes de contrôle des fluides plus avantageux et faisable d'un point de vue économique. Cependant, les méthodes numériques appliquées d'ordinaire sont très compliquées et non-linéaires. Les approximations simplifiées sont nécessaires pour rendre l'analyse et la conception des systèmes de contrôle des fluides accessibles à la majorité des chercheurs. Tel était la motivation régissant le projet FLOCON («Flow control: Reduced order modelling, nonlinear analysis and control design»), financé par l'UE. Les scientifiques ont d'abord cherché à créer des modèles simplifiés (à échelle réduite) afin de former les fondements pour l'analyse et la conception de nouveaux systèmes de contrôle des flux. L'accent a été mis sur des modèles linéaires qui sont utilisés plus facilement mais avec un œil également sur l'expansion à des modèles non-linéaires simples. Les vitesses instantanées à certains intervalles de temps (snapshots) ont soit été collectées de façon expérimentale via la vélocimétrie par imagerie de particules ou générée de façon théorique à travers des simulations de dynamique des fluides computationnelle (CFD). L'équipe a exploité les techniques pour produire des modèles à échelle réduite à partir des données. Les modèles ont montré qu'ils représentent avec précision la dynamique des flux observés. Lors de la seconde moitié du projet, l'équipe a appliqué la méthodologie de modélisation à la conception d'un système de contrôle des flux. Le cas d'essai permettait le contrôle du filage local ou de la rotation d'un fluide (tourbillon) derrière un système de cylindre circulaire immergé. À la suite d'une campagne expérimentale pour collecter des points d'entrées sur le cylindre et à l'intérieur de celui-ci, les chercheurs ont évalué un modèle dynamique non-linéaire et conçu un contrôleur. Ils l'ont testé de façon numérique dans MATLAB et avec les simulations CFD qui démontrent une baisse considérable du tourbillon avec le contrôleur. Le contrôle des flux est important pour réduire les non-linéarités et la turbulence dans de nombreuses applications industrielles et commerciales. Le projet FLOCON a offert d'importants outils pour aider les concepteurs à développer des systèmes de contrôle qui fonctionnent avec l'impact potentiel sur les secteurs de l'espace, du transport, de l'énergie et de la sécurité de l'UE.
Mots‑clés
Contrôle du flux, turbulence réduite, flux des fluides, modélisation d'ordre réduite, analyse non-linéaire
