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International audience; In this paper, we present a numerical strategy to check the strong stability (or GKS-stability) of one-step explicit totally upwind schemes in 1D with numerical boundary conditions. The underlying approximated continuous problem is the one-dimensional advection equation. The strong stability is studied using the Kreiss-Lopatinskii theory. We introduce a new tool, the intrinsic Kreiss-Lopatinskii determinant, which possesses remarkable regularity properties. By applying standard results of complex analysis, we are able to elate the strong stability of numerical schemes to the computation of a winding number, which is robust and cheap. The study is illustrated with the Beam-Warming scheme together with the simplified inverse Lax-Wendroff procedure at the boundary.

This paper is the second of the series of two papers, which focuses on the derivation of an averaged 1D model for compressible bubbly flows. For this, we start from a microscopic description of the interactions between a large but finite number of small bubbles with a surrounding compressible fluid. This microscopic model has been derived and analysed in the first paper. In the present one, provided physical parameters scale according to the number of bubbles, we prove that solutions to the microscopic model exist on a timespan independent of the number of bubbles. Considering then that we have a large number of bubbles, we propose a construction of the macroscopic variables and derive the averaged system satisfied by these quantities. Our method is based on a compactness approach in a strong-solution setting. In the last section, we propose the derivation of the Williams-Boltzmann equation corresponding to our setting.

International audience

We study the stability analysis of the time-implicit central differencing scheme for the linear damped wave equation with boundary. Xin and Xu (2000) prove that the initial-boundary value problem (IBVP) for this model is well-posed, uniformly with respect to the stiffness of the damping, under the so-called stiff Kreiss condition (SKC) on the boundary condition. We show here that the (SKC) is also a sufficient condition to guarantee the uniform stability of the discrete IBVP for the relaxation system independently of the stiffness of the source term, of the space step and of the time step. The boundary is approximated using discrete transparent boundary conditions and the stiff stability is proved using energy estimates and the Z−transform.

We give in this paper a short review of some recent achievements within the framework of multiphase flow modeling. We focus first on a class of compressible two-phase flow models, detailing closure laws and their main properties. Next we briefly summarize some attempts to model two-phase flows in a porous region, and also a class of compressible three-phase flow models. Some of the main difficulties arising in the numerical simulation of solutions of these complex and highly non-linear systems of PDEs are then discussed, and we eventually show some numerical results when tackling two-phase flows with mass transfer. Nous présentons dans cet article quelques résultats récents concernant la modélisation et la simulation numérique des écoulements multiphasiques. Nous nous concentrons tout d’abord sur une classe de modèles diphasiques compressibles, en détaillant les lois de fermeture et les principales propriétés du sytème. Nous résumons ensuite brièvement les propositions de modélisation d’écoulements diphasiques en milieu poreux et d’écoulements triphasiques. Quelques difficultés apparaissant dans la simulation numérique de ces modèles sont présentées, et des résultats récents comportant un transfert de masse entre phases sont finalement décrits.

Ce mémoire est dédié à l'étude d'équations aux dérivées partielles de type hyperbolique intervenant en mécanique des fluides. Suivant les problèmes, on entend par étude la modélisation, l'analyse ou l'approximation numérique des modèles considérés. Le premier chapitre de ce mémoire traite des systèmes hyperboliques et de leur approximation par des schémas volumes finis. On présente notamment des schémas numériques simples pour approcher les solutions de systèmes de lois de conservation généraux. On étudie de plus la notion de hiérarchie de modèles, c'est-à-dire de connexion entre différents modèles à travers des procédés asymptotiques (relaxation, asymptotique parabolique et contrainte sur l'espace des états admissible), d'un point de vue théorique et/ou numérique, suivant le type de hiérarchie considéré. Le deuxième chapitre est consacré à la modélisation, l'analyse et l'approximation numérique d'écoulements diphasiques. Les modèles diphasiques envisagés ici sont les modèles compressibles avec deux vitesses et deux pressions, les modèles de dérive, les modèles pour un fluide avec transition de phase, ainsi que les modèles d'écoulements d'eau à surface libre. Pour la plupart des cas, on propose une analyse et une approximation numérique des modèles et quand c'est possible, on donne les liens les unissant. Le dernier chapitre compile différents travaux sur des modèles de fluides dans lesquels apparaissent des interfaces ayant une origine extérieure à l'écoulement lui-même. Les premiers travaux sont dédiés aux lois de conservation incluant une discontinuité, soit due à un changement brusque du milieu environnant, soit due à la présence d'une contrainte locale sur la solution. On présente ensuite l'analyse et l'approximation numérique d'un modèle de particule ponctuelle évoluant dans un fluide unidimensionnel. Enfin, on aborde le couplage de systèmes hyperboliques issus de la connexion interfaciale de codes de calcul, avec pour application l'adaptation dynamique de modèle, qui consiste à remplacer localement et dynamiquement un modèle par un modèle simplifié pour optimiser d'un code.

International audience; We consider the numerical coupling at a fixed spatial interface of two homogeneous models used for describing non isothermal compressible two phase flows. More precisely, we concentrate on the numerical coupling of the homogeneous equilibrium model and the homogeneous relaxation model in the context of finite volume methods. Three methods of coupling are presented. They are based on one of the following requirements: continuity of the conservative variable through the coupling interface, continuity of the primitive variable and global conservation of mass, momentum and energy. At the end, several numerical experiments are presented in order to illustrate the ability of each method to provide results in agreement with their principle of construction.

The main topic of this work is the simulation of two-phase flows. Several hyperbolic models are considered here. In the first part, recent Finite Volume schemes are compared for the approximation of the Homogeneous Equilibrium Model, in particular when the simulation involves low densities. The existence and uniqueness of the weak entropy solution of a conservation law is proved afterwards. This scalar equation is a simplified model of a oil-liquid mixture flowing in a porous media. Two Finite Volume schemes are proposed and tested in agreement with the resonant behavior of this model. The third part deals with the numerical approximation of stiff source terms occuring in the shallow-water equations when the topography gradient is included. An original approximate Godunov scheme, which enables to simulate steady states and dry zones, is presented and compared with the methods used in the industrial context. The last part corresponds to the analysis of a class of non-conservative hyperbolic models of two-phase flows, based on the two velocity and two pressure two-fluid approach. Some closure laws for the interfacial velocity and for the interfacial pressure are proposed, allowing to define discontinuous solutions. The convective part is approximated by Finite Volume schemes and the relaxation terms are taken into account with the help of a splitting method. Several numerical experiments are investigated: shock tubes, wall boundary conditions, water faucet and sedimentation., On s'intéresse dans ce travail à la simulation des écoulements diphasiques. Différents modèles, tous hyperboliques, sont considérés suivant les configurations étudiées. Dans un premier temps, plusieurs schémas Volumes Finis sont comparés pour l'approximation du modèle HEM (Homogeneous Equilibrium Model), notamment en présence de faibles densités. Ensuite on démontre l'existence et l'unicité de la solution faible entropique d'une loi de conservation scalaire gouvernant l'évolution de la saturation d'un écoulement diphasique dans un milieu poreux. On propose alors deux schémas Volumes Finis tenant compte du caractère résonnant de cette équation. La troisième partie concerne les écoulements en eaux peu profondes et l'approximation des termes sources raides. Une méthode permettant le maintien d'états au repos ainsi que le recouvrement et l'apparition de zones sèches, est présentée et comparée aux méthodes habituellement utilisées dans l'industrie. Enfin, une classe de modèles hyperboliques non conservatifs se basant sur l'approche bifluide à deux vitesses et deux pressions est proposée. Une étude des solutions discontinues du système convectif permet d'exhiber une classe de fermetures sur la vitesse interfaciale et sur la pression interfaciale, tout en permettant de définir de manière unique les produits non conservatifs. L'approximation se fait à l'aide d'une méthode de splitting d'opérateur. On utilise deux schémas Volumes Finis, le schéma de Rusanov et le schéma de Godunov approché VFRoe-ncv pour l'étape de convection. Plusieurs cas tests sont présentés et commentés : tubes à choc, conditions limites de paroi, robinet d'eau, sédimentation.

We are interested in a problem arising for instance in elastoplasticity modeling, which consists in a system of partial differential equations and a constraint specifying that the solution should remain, for every time and every position, in a certain set. This constraint is generally incompatible with the invariant domains of the original model, thus this problem has to be precised in mathematical words. We here follow the approach proposed in [8] that furnishes a weak formulation of the constrained problem à la Kruzhkov. More precisely, the present paper deals with the study of the well-posedness of Friedrichs systems under convex constraints, in any space dimension. We prove that there exists a unique weak solution, continuous in time, square integrable in space, and with values in the constraints domain. This is done with the use of a discrete approximation scheme: we define a numerical approximate solution and prove, thanks to compactness properties, that it converges toward a solution to the constrained problem. Uniqueness is proven via energy (or entropy) estimates. Some numerical illustrations are provided.

Well balanced or asymptotic preserving schemes are receiving an increasing amount of interest. This paper gives a precise setting for studying both properties in the case of Euler system with friction. We derive a simple solver which, by construction, preserves discrete equilibria and reproduces at the discrete level the same asymptotic behavior as that of the solutions of the continuous system. Numerical illustrations are convincing and show that not all methods share these properties.

We analyze a relaxation method for approximating the coupling of two Euler systems at a fixed interface and more generally for approximating fluid systems.

International audience