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This paper is devoted to investigate the temporal and spatial accuracy in transient conjugate heat transfer problems where the influence of unsteadi-ness in the fluid is supposed to be negligible. The numerical method is based on an iterative procedure with interpolated boundary conditions on the solid side. Emphasis is put on these interpolation procedures. First it is shown that a temporal interpolation is by no means the most appropriate way of estimating the flow boundary conditions prescribed on the coupled solid surfaces. In contrast, when these conditions are based on the heat flux/temperature linearity, significantly better results are obtained. Indeed, they compare very well against a reference solution provided by a non-iterative and non-interpolated coupled computation. Moreover, important improvements were made by adequately defining the integral contribution of the boundary condition using the Gauss points in the finite element solid code. Finally, it was also revealed that a relevant approximation of the heat transfer requires a sufficiently fine solid mesh at the interface.; Cet article est consacré à l'étude de la précision temporelle et spatiale dans les problèmes aérothermiques en régime transitoire où l'influence des effets instationnaires dans le fluide est supposée être négligeable. La méthode numérique est basée sur une procédure itérative avec des conditions aux limites interpolées sur l'interface solide. L'accent est mis sur ces procédures d'interpolation. Tout d'abord, il est montré qu'une interpolation temporelle n'est en aucun cas le moyen le plus approprié d'estimer les conditions limites de l'écoulement prescrites sur les surfaces solides couplées. En revanche, lorsque ces conditions sont basées sur la linéarité flux de chaleur/température, les résultats obtenus sont nettement meilleurs. En effet, la comparaison avec une solution de référence obtenue par un calcul couplé non itératif et non interpolé est satisfaisante. De plus, d'importantes améliorations ont été apportées en définissant adéquatement la contribution intégrale de la condition limite à l'aide des points de Gauss situés sur l'interfaces du solide. Enfin, il a également été révélé qu'une approximation pertinente du transfert de chaleur nécessite un maillage solide suffisamment fin à l'interface fluide-structure.

This paper is devoted to investigate the temporal and spatial accuracy in transient conjugate heat transfer problems where the influence of unsteadi-ness in the fluid is supposed to be negligible. The numerical method is based on an iterative procedure with interpolated boundary conditions on the solid side. Emphasis is put on these interpolation procedures. First it is shown that a temporal interpolation is by no means the most appropriate way of estimating the flow boundary conditions prescribed on the coupled solid surfaces. In contrast, when these conditions are based on the heat flux/temperature linearity, significantly better results are obtained. Indeed, they compare very well against a reference solution provided by a non-iterative and non-interpolated coupled computation. Moreover, important improvements were made by adequately defining the integral contribution of the boundary condition using the Gauss points in the finite element solid code. Finally, it was also revealed that a relevant approximation of the heat transfer requires a sufficiently fine solid mesh at the interface.; Cet article est consacré à l'étude de la précision temporelle et spatiale dans les problèmes aérothermiques en régime transitoire où l'influence des effets instationnaires dans le fluide est supposée être négligeable. La méthode numérique est basée sur une procédure itérative avec des conditions aux limites interpolées sur l'interface solide. L'accent est mis sur ces procédures d'interpolation. Tout d'abord, il est montré qu'une interpolation temporelle n'est en aucun cas le moyen le plus approprié d'estimer les conditions limites de l'écoulement prescrites sur les surfaces solides couplées. En revanche, lorsque ces conditions sont basées sur la linéarité flux de chaleur/température, les résultats obtenus sont nettement meilleurs. En effet, la comparaison avec une solution de référence obtenue par un calcul couplé non itératif et non interpolé est satisfaisante. De plus, d'importantes améliorations ont été apportées en définissant adéquatement la contribution intégrale de la condition limite à l'aide des points de Gauss situés sur l'interfaces du solide. Enfin, il a également été révélé qu'une approximation pertinente du transfert de chaleur nécessite un maillage solide suffisamment fin à l'interface fluide-structure.

Ces travaux de recherche ont pour but d’évaluer la méthode dite de la "Simulation aux Echelles Adaptées" (SAS pour Scale-Adaptive Simulation). Cette approche coïncide avec une approche RANS classique dans les zones pariétales attachées et adapte le niveau de viscosité turbulente dans les zones décollées pour y permettre une résolution partielle des structures turbulentes. Dans une première partie, une analyse théorique du modèle SAS original a été menée et a permis de développer une correction visant à favoriser l’adaptation du niveau de viscosité turbulente dans les zones sièges d’instabilités de type Kelvin-Helmholtz. Le modèle ainsi corrigé est nommé SAS-αL. Les modèles SAS et SAS-αL ont été implantés dans le code de calcul Navier-Stokes elsA de l’ONERA. À l’issue de cette étape, trois cas académiques d’écoulements turbulents instationnaires, cylindre à grand nombre de Reynolds, marche descendante et cavité transsonique, ont été simulés grâce aux trois modèles de turbulence SST, SAS et SAS-αL. Outre une comparaison aux bases de données expérimentales disponibles, une attention particulière a été portée à l’influence de paramètres numériques tels que des schémas numériques d’ordre élevé. Enfin, afin d’étudier la viabilité de l’approche SAS dans un contexte industriel, les trois modèles de turbulence ont été testés sur une configuration issue de l’industrie aéronautique et correspondant à la sortie d’air chaud d’un système de dégivrage des nacelles d’avion. La comparaison des prévisions obtenues avec les modèles SST, SAS et SAS-αL aux données expérimentales obtenues à l’ONERA a permis de montrer un gain de précision grâce à l’emploi de l’approche SAS et ce pour un coût de calcul compatible avec un cycle de conception industrielle. This research work is meant to assess an upgraded URANS approach, namely the Scale- Adaptive Simulation (SAS). This method is similar to a conventional RANS approach (namely the SSTmodel) in attached areas and is able to adapt the eddy-viscosity level in detached areas to ensure the resolution, at least partially, of the turbulent structures. In a first part of this research work, an improvement of the SAS approach is suggestedto allowa better sensitivity of themodel to instabilities such as Kelvin-Helmholtz ones. This "improved" model is referred to as SAS-αL model. Both SAS and SAS-αL models were implemented in the ONERA Navier-Stokes solver elsA and both of themaswell as the SSTmodelwere tested on academic test cases : a cylinder in a crossflowat a high Reynolds number, a backward-facing step flowcorresponding to theDriver& Seegmiller experiment and the transonic flow over the M219 cavity experimentally investigated by de Henshaw. The influence of the numerical parameters was deeply investigated and particular attention was paid to the high-order space-discretization schemes effects. The reliability of the SAS approach in an industrial framework was assessed on an aeronautic configuration namely a nacelle de-icing device. Comparisons between the threemodels (SST, SAS and SAS-αL) and an experimental database available at ONERA - The French Aerospace Lab have shown the better accuracy of the SAS approach as well as the high potential of the SAS-αL model.