La Phase 1 fait tourner l'hélice dans les équations. Le sliding mesh hélice la fait tourner pour de bon : à chaque pas de temps, le bloc de maillage qui contient le rotor pivote d'un petit angle, et glisse contre le maillage fixe qui l'entoure. C'est la Phase 2 d'Heliciel PRO CFD/BEM.

Le prix est connu d'avance, et l'interface l'affiche sans détour : la case qui commande la Phase 2 porte la mention « Phase2 ≈ 10 × Phase1 ». Ce didacticiel montre ce qu'on achète pour ce prix.

• Prérequis : une Phase 1 terminée, celle du didacticiel n°4 ;
• Durée : variable — c'est justement le sujet ;
• Ce que vous obtenez : des forces qui varient dans le temps, et un sillage qui n'est plus figé.

• Déroulé du didacticiel :

1. Reprendre la main sur l'enchaînement
2. Ce qui se passe entre les deux phases
3. Lancer la Phase 2
4. Comparer les forces des deux phases
5. Ce que coûte un tour
6. Quand la Phase 2 vaut son prix

1 : Reprendre la main sur l'enchaînement

Par défaut, Heliciel enchaîne tout : maillage, Phase 1, puis Phase 2. Pour ce didacticiel, on veut voir la couture. Onglet Paramètres, cadre Gestion Progression : décochez Lancer Phase2 Instationnaire apres Phase1.

Le calcul s'arrêtera donc à la fin de la Phase 1, et vous relancerez la Phase 2 vous-même. C'est aussi la configuration à adopter quand une machine est partagée, ou quand on veut examiner les résultats stationnaires avant d'engager des heures de calcul.

Deux cas particuliers à connaître : en conduit fermé, la Phase 2 est très coûteuse et Heliciel décoche automatiquement l'enchaînement en vous prévenant ; et si le maillage présente les défauts qui font diverger une interface glissante, l'avertissement arrive avant le lancement, pas après trois heures.

Cadre Gestion Progression : les deux cases qui décident de l'enchaînement automatique maillage → Phase 1 → Phase 2

2 : Ce qui se passe entre les deux phases

La transition n'est pas un simple redémarrage. Entre la Phase 1 et la Phase 2, Heliciel exécute une séquence précise :

1. les champs convergés de la Phase 1 — vitesse, pression, turbulence — sont recopiés comme conditions initiales de la Phase 2. La Phase 2 ne repart donc pas du fluide au repos, elle repart d'un écoulement déjà établi ;
2. le maillage est découpé le long du cylindre qui délimitait la zone MRF. Là où il n'y avait qu'une frontière interne, on obtient deux surfaces en vis-à-vis ;
3. ces deux surfaces sont déclarées comme un couplage non conforme : elles n'ont pas les mêmes faces, elles n'ont pas à en avoir, et le solveur interpolera les flux de l'une à l'autre à chaque pas de temps.

C'est cette interface qui autorise la rotation : le bloc intérieur tourne, le bloc extérieur reste fixe, et le couplage assure la continuité de l'écoulement entre les deux.

L'interface glissante après le pipeline de couplage : deux surfaces en vis-à-vis, l'une tourne, l'autre non

3 : Lancer la Phase 2

Le marqueur de fin de Phase 1 étant présent, le bouton Calcul CFD lance maintenant la Phase 2. L'algorithme change : on passe de SIMPLEC stationnaire à PIMPLE transitoire, sans sous-relaxation, avec un schéma de convection décentré amont pour la stabilité.

La durée simulée se compte en tours de rotor. En écoulement libre ou en carénage ouvert, la Phase 2 simule un tour complet par défaut. En conduit fermé, où chaque tour coûte beaucoup plus cher, la durée est graduée par le préréglage.

Le pas de temps n'est pas fixe : un régulateur l'ajuste en fonction de la stabilité observée, en le remontant par paliers quand le calcul se tient bien. Ce que vous voyez défiler dans les Journal, ce sont ces paliers.

4 : Comparer les forces des deux phases

Voici l'intérêt du didacticiel. Onglet Résultats, basculez le sélecteur entre MRF (phase 1) et Maillage glissant (phase 2), avec Pression surface cochée dans les deux cas.

Trois différences sautent aux yeux sur une hélice ordinaire :

• le sillage : en Phase 1 il est lisse et stationnaire ; en Phase 2 il porte la trace hélicoïdale du passage de chaque pale ;
• la pression en bout de pale, où le tourbillon marginal prend une structure que le calcul gelé ne pouvait pas former ;
• les forces, qui ne sont plus un nombre mais un signal. Elles oscillent à la fréquence de passage des pales, et c'est la moyenne sur le dernier tour qui fait résultat — pas la valeur instantanée.

Cochez Sillage hélice dans le cadre Montrer résultats : pour visualiser explicitement la nappe tourbillonnaire.

Résultat de Phase 2, vu de côté : la trace turbulente des pales et du moyeu, en coupe verticale. C'est la structure qu'un calcul à rotation gelée ne forme pas.

5 : Ce que coûte un tour

Le coût d'une Phase 2 est dominé par deux facteurs : la finesse du maillage et le nombre de tours simulés. Le catalogue des préréglages hélice les gradue ensemble, et affiche un coût relatif de ×1 pour le niveau Express jusqu'à ×117 pour le niveau Référence.

Deux règles de conduite : si la Phase 2 diverge tôt, montez d'un cran de préréglage — un maillage plus fin donne une meilleure interface glissante. Si elle est stable mais trop lente, descendez d'un cran.

6 : Quand la Phase 2 vaut son prix

Un tableau de décision, pour ne pas payer dix fois le prix sans raison :

Le didacticiel n°16 traite précisément le cas du point fixe, où cette décision se pose avec le plus d'acuité.

Les forces en Phase 2 : un signal qui oscille à la fréquence de passage des pales, pas un nombre

La collection des vingt didacticiels CFD

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1. Première simulation CFD d'hélice
2. Lire le dossier de cas OpenFOAM
3. Choisir son préréglage de maillage
4. La zone MRF et la Phase 1
5. La Phase 2 en maillage glissant (vous êtes ici)
6. Confronter le BEM et la CFD
7. Lire la convergence d'un calcul
8. Les modèles de turbulence
9. Couche limite et y+
10. Lire une carte de pression
11. D'où viennent les forces
12. Vérifier une polaire de profil
13. Hélice marine et cavitation
14. Éolienne et hydrolienne
15. Ventilateur en conduit fermé
16. Hélice d'avion, croisière et point fixe
17. La boucle d'optimisation
18. Se caler sur une référence
19. De la carène à l'hélice
20. Le dossier de calcul livrable

Cette série accompagne les didacticiels de conception Heliciel, qui traitent la partie BEM : conception de la pale, choix du régime, courbes de performance. La CFD vient après eux, pour vérifier et pour voir.