Objectifs par rapport aux acquis d'apprentissage du programme

• Imaginer, concevoir, réaliser et exploiter des solutions (machines, équipements, procédés, systèmes ou unités) pour apporter une solution à un problème complexe en intégrant les besoins, les contraintes, le contexte et les enjeux techniques, économiques, sociétaux, éthiques et environnementaux.
• Identifier le problème complexe à résoudre et élaborer le cahier des charges en intégrant les besoins, les contraintes, le contexte et les enjeux techniques, économiques, sociétaux, éthiques et environnementaux.
• Concevoir et dimensionner de manière optimale des machines, équipements, procédés, systèmes ou unités répondant au problème posé, en s'appuyant sur l'état de la technique, une étude ou une modélisation ; les évaluer compte tenu des différents paramètres du cahier des charges.
• Mobiliser un ensemble structuré de connaissances et compétences scientifiques et techniques spécialisées permettant de répondre, avec expertise et adaptabilité, aux missions de l'ingénieur civil en mécanique.
• Maîtriser et mobiliser de façon pertinente des connaissances, des modèles, des méthodes et des techniques relatifs au domaine de la Mécanique.
• Planifier, gérer et mener à bien des projets compte tenu de leurs objectifs, ressources et contraintes et en assurant la qualité des activités et des livrables.
• Respecter les échéances et le plan de travail, se conformer au cahier des charges.
• Travailler efficacement en équipe, développer son leadership, prendre des décisions dans des contextes multidisciplinaires, multiculturels, et internationaux.
• Interagir efficacement avec d'autres acteurs pour réaliser un travail commun dans des contextes variés (multidisciplinaires, multiculturels, et internationaux).
• Communiquer et échanger des informations de manière structurée - oralement, graphiquement et par écrit, en français et dans une ou plusieurs autres langues - sur les plans scientifique, culturel, technique et interpersonnel en s'adaptant au but poursuivi et au public concerné.
• Argumenter et convaincre, tant à l'oral qu'à l'écrit, vis-à-vis d'un client, d'un collègue, des enseignants et des jurys.
• Utiliser et produire des documents scientifiques et techniques (rapport, plan, cahier des charges,...) adaptés au but poursuivi et au public concerné.
• Contribuer par un travail de recherche à la solution innovante d'une problématique en sciences de l'ingénieur.
• Concevoir et mettre en oeuvre des investigations en se basant sur des démarches analytiques, numériques ou expérimentales.
• Interpréter adéquatement des résultats en tenant compte du cadre de référence au sein duquel la recherche s'est développée.
• Communiquer, à l'écrit et à l'oral, sur la démarche et ses résultats en mettant en évidence tant les critères de scientificité de la recherche menée, que les potentialités d'innovation théoriques ou techniques et les possibles enjeux non techniques.

Acquis d'apprentissage de l'UE

Initier les étudiants aux principales techniques de la dynamique des fluides computationnelle (" Computational Fluid Dynamics " : CFD) et du calcul numérique de transferts de chaleur ("Computational heat transfer " : CHT), y compris les écoulements multi-espèces non réactifs ou réactifs.
Pour des problèmes d'analyse ou de conception impliquant des écoulements avec transferts thermiques et des transports et réactions d’espèces chimiques, les objectifs du cours sont de développer un esprit critique dans le domaine de la dynamique des fluides computationnelle et des transferts thermiques computationnels afin de pouvoir :
Décrire les différentes méthodes classiques en mettant l'accent sur les méthodes volumes finis pour les écoulements d'advection/diffusion et les conductions thermiques, leur potentiel et leurs limites.
Résumer les différentes étapes de discrétisation de méthodes de simulation les plus courantes
Contribuer au développement des logiciels CFD/CHT
Comprendre ce qui est implémenté dans les codes existants et les logiciels commerciaux
Faire un usage judicieux des simulations numériques et des logiciels commerciaux
Savoir juger de la qualité des résultats de simulation
Être capable de lire et de comprendre la littérature sur ce sujet
Être capable de résoudre un problème simplifié 1D ou 2D (Matlab ou Python)
Utiliser ces connaissances comme base pour un éventuel travail de mémoire de Master (TFE : Travail de Fin d’Etudes)
Être capable d'évaluer la pertinence et de la qualité des résultats d'une simulation (faire preuve d'un esprit critique).

Contenu de l'UE : descriptif et cohérence pédagogique

Simulation des écoulements, des transferts de chaleur et des écoulements réactifs dans un monde de prototypage virtuel.
Étapes et outils pour résoudre numériquement les lois de conservation pilotées par des EDP (Équations aux dérivées partielles).
Descriptions mathématiques des lois de transport pour l'advection/diffusion impliquées dans les modèles d’écoulement avec transfert de chaleur et réaction d’espèces chimiques
Nature et niveaux d'équation approximation des lois transports de conservation de la masse, de la quantité de mouvement, de l'énergie et d’espèces chimiques réactives.
Nature mathématique des EDP d’advection/diffusion: Impacts sur la méthodologie de solution; Problème bien posé, conditions aux limites et conditions initiales.
Principes de résolution des EDP : Approximation discrète de la solution; Enjeux des échelles temporelles et spatiales de discrétisation; Discrétisation spatiale (Notion de maillage); Méthodologies de discrétisation spatiale (méthodes des différences finies, méthodes des volumes finis, méthodes des éléments finis et autres méthodes)
Méthodes de volumes finis :  Discrétisation spatiale des flux convectifs (schémas centrés et décentrés) et des flux diffusifs (effets visqueux, diffusion de la chaleur et d’espèces chimiques); Discrétisation temporelle (schémas explicites et implicites)
Techniques d’accélération 
Schémas pour écoulements incompressibles
Quelques spécificités pour les simulations numériques de transferts conductifs de la chaleur et milieux solides et fluides
Consistance, stabilité et convergence
Traitements aux conditions limites
Aspects de la modélisation des turbulences

Compétences préalables

Informatique ; éléments de thermique ; éléments de mécanique des fluides ; principes de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement ; opérateurs mathématiques classiques; équations différentielles; équations différentielles ordinaires ; résolution de systèmes d'équations; analyse numérique.